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

Bộ tài nguyên và môi trờng
trung tâm khí tợng thủy văn quốc gia






Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ


xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá
chất lợng dự báo khí tợng thủy văn


Chủ nhiệm đề tài: Ks. dơng liên châu

6734
19/02/2008

hà nội - 2007

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT


AT


ATNĐ

CAS


CBS


CLXT

CLDB

CLTS

CLIPER

CSDL

DBKTHV

DBKTHD

DPE

DX

DY

ECMWF


FAR


JTWC


Sai số vị trí tâm bão dự báo dọc theo hướng di chuyển
của bão

Áp thấp nhiệt đới

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 l
ượng 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)

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

KKL

KTTV

MAE


MCX

ME


MRL

MSE


PC

POD


RMSE


RSMC Tokyo


SD


SSCP

TBNN

TTNH

WMO


Không khí lạnh

Khí tượng thủy văn

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)



Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV”-Hà Nội 2007

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
1.1.2.1 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn ngắn
1.1.2.2 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài
1.1.2.3 Lĩnh v
ực dự báo không khí lạnh
1.1.2.4 Lĩnh vực dự báo bão

1.1.2.5 Lĩnh vực dự báo số trị
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 d
ự 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

Chương II: Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự
báo KTTV

2.1 Lĩ
nh vực dự báo khí tượng hạn ngắn
2.1.1 Cơ sở của phương pháp
2.1.2 Các đặc trưng chính được sử dụng
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
2.2.2 Các đặc trưng chính được sử dụng
2.2.3 Nguyên tắc xây dựng chỉ tiêu
2.3 Lĩnh vực dự báo không khí lạnh
2.3.1 Cơ sở của phương pháp

1

4


4

4
6

7
8
9
9
13
17
23


23
24
26
29
29
33

36


36
36
36

37
37
37
38
38
38
38
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV”-Hà Nội 2007

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 đị
nh 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 đị
nh 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
39
39

40
40
41
41
41
42
42
42
42
43

47

47
47
47
52
58
58
72
74
74
75
76
77
77
77
77
77
78

78
78
83
85
87
87
88
89
91

91
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV”-Hà Nội 2007

4.2 Thiết kế hệ thống và xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL)
4.2.1 CSDL “Quan trắc”
4.2.2 CSDL “Dự báo”
4.2.3 CSDL “Mô hình”
4.3 Xây dựng chương trình
4.3.1 Kiểm tra số liệu quan trắc
4.3.2 Đánh giá dự báo KTTV
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

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Phụ lục I: Các quy định thuộc lĩnh vực đánh giá dự báo khí
tượng hạn ngắn
Phụ lục II: Một số ví dụ về cách đánh giá bản tin dự báo khí
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 mộ
t 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
bão

92
92
96

102
106
107
108
111

114

114
114
115
118
119

120

122

126

126

131


134


182

193


206

244

268


Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

1
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 l
ượng 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
ph
ức tạp chẳng kém gì việc làm ra các bản tin dự báo. Sự khó khăn này thể hiện
ở các điểm chính sau:
- Sự phức tạp của hiện tượng KTTV, các yếu tố KTTV và bản tin dự báo
liên quan đến không gian, thời gian và cường độ của chúng;
- Tính chất của bản tin dự báo (bản tin chính, bản tin bổ sung, bản tin
chuyên đề,…);
- 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 trọ
ng 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.

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

2
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 đ
ánh 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 v
ực 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
hi
ện 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 đầ
u 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
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

3
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 d
ự 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

Kết luận
Tài liệu tham khảo
Các phụ lục kèm theo

Trong quá trình thực hiện, đề tài đã nhận được sự giúp đỡ hết sức to lớn,
hiệu quả của các đồng nghiệp, sự quan tâm, động viên của Lãnh đạo Trung tâm
Khí tượng Thu
ỷ văn Quốc gia, sự hợp tác của các Đài KTTV Khu vực và ý kiến
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.

“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007


4
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 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 nghi
ệp 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 (dự
a 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 y
ếu 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 thứ
c và bản chất của
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

5
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
nh

ững 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 chuẩ
n
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:
1. Dự báo phục vụ mục đích chung;
2. Dự báo chuyên ngành.
Dự báo phục vụ mục đích chung thường gồm các thông tin về các đặc
trưng KTTV và giá trị của các yếu tố KTTV cơ bản như lượng mây, mưa, nhiệt
độ, gió, mực nước… Các bản tin dự báo này được truyền phát rộng rãi trên các
phương tiện thông tin đại chúng như vô tuyến truy
ền hình, radio, báo chí… Dự
báo chuyên ngành được thực hiện theo yêu cầu đặt hàng của từng ngành (cơ
quan), chủ yếu để giúp họ đặt ra kế hoạch cho các hoạt động riêng của ngành
mình, ví dụ như dự báo phục vụ khoan thăm dò dầu khí, dự báo điều hành hồ
chứa, dự báo phục vụ các nhà máy thủy điện… Thông thường, các thuật ngữ sử
dụng trong tất cả các loại bản tin dự báo
đều phải theo nguyên tắc dễ hiểu và
được người sử dụng chấp nhận. Đồng thời các thuật ngữ này phải chính xác về
mặt khoa học và được định nghĩa chặt chẽ để loại trừ khả năng hiểu lầm giữa

các đặc trưng dự báo và những điều quan trắc được. Nếu chúng ta muốn đạt
được một sự nhất quán thì ít nhất chúng ta phải đư
a ra được một định nghĩa rõ
ràng về Dự báo phục vụ mục đích chung và Dự báo chuyên ngành. Tuy nhiên,
rất khó có thể thực hiện được điều đó, vì thường không có ranh giới rõ ràng
giữa 2 loại dự báo này. Ví dụ như bản tin dự báo mưa cho thời gian tổ chức một
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
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

6
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 v
ề 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 đ
ánh 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 đ
ánh 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 nhiề
u 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), xả
y 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
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

7
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 phươ
ng 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 ch
ất 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 đi
ểm 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 d
ự 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 tiế
t 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 khoả
ng ± 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.
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

8
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.
b) Phương pháp đánh giá:
• Đánh giá chung:
o Đánh giá cho từng phần củ
a bản tin dựa vào mức độ dự báo
đúng đối với từng yếu tố.
o Trên cơ sở đánh giá từng thành phần ở trên, thực hiện tính
toán sự chênh lệch chung, từ đó sử dụng phương pháp đánh
giá lựa chọn (đúng hay sai) để đưa ra sự chính xác toàn phần
của mỗi dự báo: đúng hoặc sai.
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 rấ
t 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 thờ
i 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
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

9
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
Thực tế
+ –
Số lần quan

trắc
+
n
11

n
12
n
11
+ n
12

–
n
21

n
22
n
21
+ n
22

Số tin dự báo
n
11
+ n
21
n
12

+ n
22

N
Trong đó: n
11
- số lần (trạm) dự báo đúng chuẩn sai dương
n
12
- số lần (trạm) sai về dự báo chuẩn sai âm.
n
21
- số lần (trạm) sai về dự báo chuẩn sai dương
n
22
- 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:
S =
N
nn
2211
+
(1.1.1)
1.1.2.3 Lĩnh vực dự báo không khí lạnh

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 r
ất 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.

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

10

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.
OB
0-T
: Các vị trí tâm bão quan trắc được
FC
T
: 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
c
ủa
bão
FC
T

OB
T
OB
T-1
OB
T+1

Hình 1.1.1: Sơ đồ vị trí tâm bão quan trắc, vị trí dự báo và các dạng sai số
OB
0-T
: Các vị trí tâm bão quan trắc
FC
T
: 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
FC
T

OB
T
OB
T-1
OB
T+1
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

11
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 h
ướng
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:

BABA
dlat
φ
φ
−=
−


BABA
dlong
λλ
−=
−


()()
22
)(
BABA

mBAd
λλφφ
φ
−+−=−


φ
π
φ
cos
e
Rm =

kmR
e
6370=
• Góc của vector AB so với trục đông - tây:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=−
−
−
BA

BA
dlong
dlat
acrtgBAang )(
(1.1.2)


• Sai số dự báo theo kinh hướng (Dlong, DX): được tính bằng công thức:
Dlong = Long_FC
T
- Long_OBS
T
,
DX = m
φ
Dlong (1.1.3)
trong đó: Long_FC
T
là kinh độ tâm bão được dự báo cho thời điểm T.
Long_OBS
T
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_FC
T
- Lat_OBS
T
,
DY = m

φ
Dlat (1.1.4)
trong đó:
Lat_FC
T
là vĩ độ tâm bão được dự báo cho thời điểm T.
Lat_OBS
T
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(FC
T
- OBS
T
) (1.1.5)
trong đó, các ký hiệu được sử dụng giống như trên.

dlat
AB

dlat
AB

A

B
d
A-B

ANG
AB

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

12
• Sai số dự báo theo hướng di chuyển (ANG
ERR
)
Sai số theo hướng di chuyển (ANG
ERR
) 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,
FC
0
và OB
0
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 ANG
ERR
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
OBSOBSd
dT
FCFCd
SPEED
TT
ERR
)()(
00
−
−
−
=
(1.1.6)

trong đó dT là khoảng thời gian giữa các thời điểm được xét từ 0 đến T.
Trị số của SPEED
ERR
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(OB
0

-FC
T
) * tg(ANG
ERR
) (1.1.7)
• Sai số dự báo theo phương di chuyển của bão (AT)
AT = d(OB
0
-FC
T
) / cos(ANG
ERR
)- d(OB
0
-OB
T
) (1.1.8)

FC
T
OB
T
OB
0
AT
CT
ang(OB
0
-OB
T

) ang(FC
0
-FC
T
)
ANG
ERR

Hình 1.1.2: Minh họa cách tính sai số dự báo
theo hướng và tốc độ dịch chuyển

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

13
Trong các loại sai số trên, sai số khoảng cách (DPE) được sử dụng nhiều
nhất. Sai số về tốc độ dịch chuyển (SPEED
ERR
) tương ứng với sai số theo
phương chuyển động AT, và sai số về góc (ANG
ERR
) 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 SPEED
ERR
và ANG
ERR
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 mộ
t 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 s
ố, 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 thướ
c 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 c
ơ 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
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

14
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 lướ
i 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 l
ựa 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 t
ục 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
OF
N
ME −=
∑
=
(1.1.9)
Trong đó: F
i

: chỉ giá trị Dự báo
O
i
: chỉ giá trị Quan trắc
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
Bias một mình.
• Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error - MAE):

||
1
1
i
N
i
i
OF
N
MAE −=
∑
=
(1.1.10)

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

15
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
OF
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.

()
2
1
1
∑
=
−=
N
i
ii
OF
N
RMSE
(1.1.12)
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 khoả
ng 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:
• Ch
ỉ số BIAS (Bias Score)
• Chỉ số PC (Percentage of Correct)
• Chỉ số POD (Probability of Detection)
• Chỉ số FAR (False Alarm Ratio)
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

16
• 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

H M


F N
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

17
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 - H
r
) / (H + M + F - H
r
) (1.1.18)
Trong đó: H
r
= (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 ngẫ
u 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.

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

18

 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:
∆H
t
= H
t
- H
t-τ
(1.1.20)
Sử dụng khoảng 100 - 200 trị số ∆H
t
của

5 - 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-).
S
cf
= 20%A
P
(p = 95%) (1.1.21)
trong đó S
cf
là sai số cho phép.
Ví dụ: tính S
cf
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
P%

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 A
40.9%
= 151 cm.

Cấp
∆
H+
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Trung tâm KTTV Quốc gia


“Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV” - Hà Nội 2007

19
0
20
40

60
-170 -150 -130 -110 -90 -70 -50 -30 -10
P%

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 A
54,1%
= 77 cm. Vậy:
A
95%
= 151 cm + 77 cm = 228 cm. Từ đó có:
S
cf
= 20% A
95%
= 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).
• Mứ
c 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 S
cf
(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
P
TN
% 60 70 80 88 96
P
PA
%
≥ 80 ≥ 85 ≥ 90 ≥ 95
100
Cấp
∆
H-