Ứng dụng phần mềm Nawips (National advanced weather interactive processing system) để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính

BTNMT
TTKTTVQG

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
SỐ 4, ĐẶNG THÁI THÂN, HOÀN KIẾM, HÀ NỘI

********



BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ



ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM NAWIPS (NATIONAL - ADVANCED
WEATHER INTERACTIVE PROCESSING SYSTEM) ĐỂ XÂY
DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH VÀ HIỂN THỊ BẢN ĐỒ
THỜI TIẾT TRÊN MÁY TÍNH





Chủ nhiệm đề tài: Đào Thị Kim Nhung, Kỹ sư khí tượng
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương

7037
26/11/2008



HÀ NỘI, 8-2008


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
SỐ 4, ĐẶNG THÁI THÂN, HÒAN KIẾM, HÀ NỘI
********

BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM NAWIPS (NATIONAL - ADVANCED
WEATHER INTERACTIVE PROCESSING SYSTEM) ĐỂ XÂY
DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH VÀ HIỂN THỊ BẢN ĐỒ
THỜI TIẾT TRÊN MÁY TÍNH
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:

Cộng tác viên chính
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương:

Đỗ Lệ Thủy,ThS. khí tượng Phạm Thị Thanh Ngà, ThS. khí tượng
Nguyễn Chi Mai,ThS. khí tượng Nguyễn Đăng Quang, ThS. khí tượng
Võ Văn Hòa, ThS.khí tượng Nguyễn Thu Hằng, CN khí tượng
Vũ Duy Tiến,CN. khí tượng Nguyễn Thị Anh Đào,CN. khí tượng
Trần Văn Nghĩa, CN. Toán-Tin Phạm Tiến Duật, CN Toán-Tin
Viện Toán học:
Nguyễn Văn Tuấn, KS.

Ngày 15 tháng 8 năm 2008 Ngày tháng năm 2008 Ngày tháng năm 2008
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI




Đào Thị Kim Nhung
CƠ QUAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI




Bùi Minh Tăng
CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI


Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Hà Nội, ngày tháng năm 2008
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. N
g
u
y
ễn Lê Tâm
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
PHÓ VỤ TRƯỞNG




N
g
u
y
ễn Đắc Đồn
g

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
i

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AVN Mô hình toàn cầu của Mỹ
(AViatioN Global Model)

AWIPS Hệ thống xử lý thời tiết hiện đại
(Advanced Weather Interactive Processing System)

BoM Cơ quan khí tượng Úc
(Bereau of Meteorology)

CTDPS Hệ thống thông tin chuyển mạch và điền đồ tự động
(Computerized Telecommunication and Data Procesing
System)

CMC Cơ quan khí tượng Canada
(Canadian Meteorological Centre)

DWD Tổng cục thời tiết Cộng hoà Liên bang Đức
(Deutscher WetterDienst)

ECMWF Trung tâm dự báo hạn vừa châu Âu
(European Center for Medium-range Weather Forecasts)

GEMPAK Gói phần mềm khí tượng dùng chung
(GEneral Meteorological PAcKage)

GFS Hệ thống dự báo toàn cầu của Mỹ
(Global Forecasting System)

GME Mô hình toàn cầu của CHLB Đức
(Global Model for Europe)

GrADS Hệ th
ống phân tích và hiển thị trên lưới
(Grid Analysis and Display System)

GSM Mô hình phổ toàn cầu của JMA
(Global Spectral Model)

GUIs Bộ phần mềm giao diện đồ họa với người sử dụng
(Graphic User Interfaces)

HRM Mô hình khu vực phân giải cao
(High-resolution Regional Model)
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
ii
JMA Cơ quan khí tượng Nhật bản
(Japan Meteorological Agency)

KTTV Khí tượng thủy Văn

LAN Mạng cục bộ
(Local Area Network)

LDM Hệ quản trị dữ liệu cục bộ

(Local Data Management)

NASA Trung tâm không gian và hàng không vũ trụ quốc gia
(National Aeronautics and Space Administration)

NAWIPS Hệ thống tương tác hỗ trợ dự báo viên
(National Advanced Weather Interactive Processing System)

NCEP Trung tâm dự báo môi trường quốc gia Mỹ
(National Centers for Environmental Prediction)

NOAA Cơ quan đại dương và khí quyển Mỹ
(National Oceanic and Atmospheric Administration)

NWP Dự báo thời tiết số trị
(Numerical Weather Prediction)

NWS Cơ quan thời tiết quốc gia Mỹ
(National Weather Service)

UKMO Cơ quan khí t
ượng Anh
(United Kingdom Meteorological Office)

UM Mô hình toàn cầu của UKMO
(Unified Model)

UNIDATA Chương trình chia sẻ dữ liệu và cung cấp các công cụ để truy
cập và hiển thị dữ liệu thuộc khoa học địa lý

TLAPS Hệ thống dự báo cho khu vực nhiệt đới
(Tropical Limited Area Prediction System)

TTDBTƯ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương

WMO Tổ ch
ức khí tượng thế giới
(Wolrd Meteorological Organization)

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

TT
Số thứ
tự bảng
Nội dung Trang
1 3.3.1 Tên và các thuộc tính của 5 bản đồ địa lý được xây dựng
mới trong hệ NAWIPS cho vùng Việt Nam
46
2 3.4.1 Bộ chương trình giải mã trong hệ NAWIPS và các định
dạng dữ liệu đầu vào tương ứng
48
3 3.4.2 Danh sách các yếu tố quan trắc được giải mã trong các bản
tin obstyph (Tên yếu tố do hệ NAWIPS quy định)

60
4 3.4.3 Mười vùng địa lý được hỗ trợ tự động nhận số liệu
QuikSCAT trong hệ thống NAWIPS dưới dạng mã BUFR
69
5 3.6.1 Các thông tin trong 16 bước tham khảo và cách hiển thị
tương ứng của kịch bản dự báo thời tiết thông thường
98
6 3.6.2 Các thông tin trong 16 bước tham khảo và cách hiển thị
tương ứng của kịch bản dự báo có không khí lạnh
102
7 3.6.3 Các thông tin trong 16 bước tham khảo và cách hiển thị
tương ứng của kịch bản dự báo thời tiết nắng nóng
105
8 3.6.4 Các thông tin trong 16 bước tham khảo và cách hiển thị
tương ứng của kịch bản dự báo có khả năng xảy ra mưa
lớn
108
9 3.6.5 Các thông tin trong 16 bước tham khảo và cách hiển thị
tương ứng của kịch bản dự báo bão, áp thấp nhiệt đới
110

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ

TT
Số thứ
tự hình
Nội dung
Trang
1 1.1.1 Cấu hình của hệ CTDPS trên mạng LAN (hệ I) 10
2 1.1.2 Cấu hình của hệ CTDPS dự phòng trên mạng LAN
(hệ II)
10
3 1.1.3 Các khối chức năng của hệ CTDPS nghiệp vụ tại
TTDBTƯ
13
4 1.1.4 Giao diện đồ họa của chương trình quản lý tiến trình
thu phát số liệu qua các kênh thông tin
14
5 1.2.1 Giao diện đồ họa của phần mềm hiển thị ảnh mây
địa tĩnh
16
6 1.2.2 Giao diện đồ họa của phần mềm ViewImages hiển
thị sản phẩm NWP
18

7 1.2.3 Giao diện đồ họa của phần mềm GMSLPD 19
8 2.2.1 Các thành phần của hệ NAWIPS 24
9 2.2.2 Cấu trúc thư mục của hệ NAWIPS 25
10 2.2.3 Quy trình hoạt động của hệ thống quản trị dữ liệu
LDM
27
11 2.2.4 Quy trình hoạt động của LDM upstream trong
phương án nghiệp vụ
28
12 2.2.5 Quy trình hoạt động của LDM upstream trong
phương án dự phòng
28
13 2.2.6 Quy trình hoạt động của LDM upstream trong
phương án nghiệp vụ
29
14 2.2.7 Quy trình hoạt động của LDM upstream trong
phương án dự phòng
29
15 2.28 Quy trình xử lý đồ họa của bộ phần mềm GEMPAK 31
16 2.2.9 Cửa sổ giao diện đồ họa của phần mềm NMAP2 và
cửa số phát sinh các sản phẩm đồ họa tương ứng
34

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
v
TT

Số thứ
tự hình
Nội dung
Trang
17 3.1.1 Giao diện đồ họa của phiên bản OpenSuSe 41
18 3.1.2 Sơ đồ mạng Linux tại TTDBTƯ 42
19 3.3.1 Định dạng của bản đồ Âu-Á (AuA) trong hệ
NAWIPS
46
20 3.3.2 Định dạng của bản đồ VNFX trong hệ NAWIPS 46
21 3.3.3 Định dạng của bản đồ Biển Đông (SCS) trong hệ
NAWIPS
46
22 3.3.4 Định dạng của bản đồ HRM28 trong hệ NAWIPS 47
23 3.3.5 Định dạng của bản đồ HRM14 trong hệ NAWIPS 47
24 3.4.1 Sơ đồ quy trình xây dựng các chương trình chuyển
đổi định dạng
49
25 3.4.2 Định dạng tệp tin cấu hình dữ liệu trong hệ
NAWIPS
50
26 3.4.3 Quy trình đưa số liệu quan trắc bề mặt tại TTDBTƯ
vào hệ NAWIPS
52
27 3.4.4 Ví dụ minh họa định dạng của tệp tin AAXX sau khi
qua hệ CTDPS (bên trái) và qua chương trình
convertVNsyn.tcl (bên phải).
53
28 3.4.5 Ví dụ minh họa số liệu quan trắc bề mặt theo nguồn
AAXX được hiển thị bằng phần mềm NMAP2 trong

hệ NAWIPS
54
29 3.4.6 Quy trình đưa số liệu quan trắc trên cao tại
TTDBTƯ vào hệ NAWIPS
55
30 3.4.7 Ví dụ minh họa định dạng của tệp tin TTAA sau khi
qua hệ CTDPS (bên trái) và qua chương trình
convertVNupa.tcl (bên phải).
56
31 3.4.8 Ví dụ minh họa số liệu TTAA tại mực 500 mb được
hiển thị bằng phần mềm NMAP2 trong hệ NAWIPS
56


Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
vi
TT
Số thứ
tự hình
Nội dung
Trang
32 3.4.9 Ví dụ minh họa số liệu PPAA tại mực 500 mb được
hiển thị bằng phần mềm NMAP2 trong hệ NAWIPS
56
33 3.4.10 Ví dụ minh họa số liệu TTAA và PPAA tại mực 500
mb được hiển thị bằng phần mềm NMAP2 trong hệ

NAWIPS
57
34 3.4.11 Sơ đồ quy trình đưa số liệu biến cao và chuẩn sai
vào trong hệ thống NAWIPS
58
35 3.4.12 Ví dụ minh họa định dạng của tệp tin đầu vào chứa
số liệu biến cao và chuẩn sai cho chương trình mã
hóa snedit trong hệ NAWIPS
58
36 3.4.13 Sơ đồ quy trình đưa số liệu obstyph vào trong hệ
NAWIPS
61
37 3.4.14 Ví dụ minh họa định dạng của tệp tin obstyph được
phát báo (bên trái) và sau khi được giải mã đưa về
định dạng text trung gian (bên phải)
62
38 3.4.15 Số liệu quan trắc bão 07 giờ ngày 01 tháng 10 năm
2006 (Bão Sangxan ảnh hưởng đến Việt Nam) được
hiển thị qua hệ NAWIPS
62
39 3.4.16 Sơ đồ quy trình giải mã và mã hóa số liệu mưa quan
trắc thủy văn vào trong hệ NAWIPS
64
40 3.4.17 Số liệu mưa quan trắc thủy văn tích lũy 24h ngày
04/1/2007 được hiển thị qua hệ thống NAWIPS
64
41 3.4.18 Sơ đồ minh họa cách thức đo gió từ vệ tinh
QuikSCAT
66
42 3.4.19 Quy trình đưa gió từ vệ tinh QuikSCAT vào trong

hệ NAWIPS
70
43 3.4.20 Số liệu QuikSCAT, 7h50' ngày 12 tháng 12 năm
2006 (Bão UTOR đang hoạt động trên Biển Đông)
70



TT Số thứ
Nội dung
Trang
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
vii
tự hình
44 3.4.21 Sơ đồ quy trình chuyển đổi số liệu phân tích và dự
báo từ các mô hình số trị tại TTDBTƯ vào trong hệ
NAWIPS
71
45 3.4.22 Trường độ cao địa thế vị, trường độ xoáy và trường
gió phân tích trên mực 850mb của mô hình GSM
được hiển thị lồng ghép qua hệ thống NAWIPS
72
46 3.4.23 Trường mưa, khí áp mực biển và gió bề mặt dự báo
12h, mô hình HRM-28km
72
47 3.4.24 Sơ đồ quy trình chuyển đổi số liệu ảnh mây vệ tinh

khí tượng tại TTDBTƯ vào hệ NAWIPS
74
48 3.4.25 Ảnh mây vệ tinh MTSAT của kênh IR1, 7 giờ sáng
ngày 30 tháng 10 năm 2007 được hiển thị bằng phần
mềm NMAP2 trong hệ NAWIPS
75
49 3.5.1
Quy trình tạo các sản phẩm đồ họa trong GUIs dựa
trên các tệp tin lưu trữ các tham số đầu vào cho các
chương trình đồ họa của GEMPAK
78
50 3.5.2
Tệp tin lưu trữ precip12hr_pmsl_wind_global chứa
các đối số đầu vào cho chương trình GDPLOT2 để
hiển thị trường mưa tích lũy 12h cùng với trường khí
áp trung bình mực biển và gió tại độ cao 10 mét
79
51 3.5.3
Tệp tin quy định cấu hình hiển thị trong phần mềm
NMAP2
79
52
3.5.4
Cách thức truy cập các sản phẩm đồ họa trong
NMAP2
80
53
3.5.5
Trường mưa tích lũy 12h, trường khí áp trung bình
mực biển và gió tại độ cao 10 mét, thời hạn dự báo

12h của mô hình GSM được hiển thị trong NMAP2
80
54
3.5.6
Sơ đồ hoạt động của chương trình tự động điền đồ
số liệu quan trắc bề mặt (bên trái) và thám sát trên
cao (bên phải) trong hệ thống NAWIPS
81


TT Số thứ
Nội dung
Trang
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
viii
tự hình
55
3.5.7
Bản đồ quan trắc bề mặt tại 00Z ngày 13/06/2008
được tự động tạo ra từ chương trình
Create_surfacemap.run
83
56 3.5.8
Bản đồ quan trắc mực 500mb, 00Z ngày 13/06/2008
được tự động tạo ra từ chương trình
Create_uppermap.run

83
57 3.5.9 Sơ đồ hoạt động của chương trình tự động phân tích
khách quan cho số liệu quan trắc bề mặt (bên trái) và
thám sát trên cao (bên phải) trong hệ NAWIPS
84
58
3.5.10 Trường phân tích khách quan của khí áp mực biển,
00Z ngày 13/06/2008 do chương trình
Surface_objanalysis.run tạo ra
86
59
3.5.11 Trường độ cao địa thế phân tích khách quan tại mực
500mb, 00Z ngày 13/06/2008 do chương trình
Upper_objanalysis.run tạo ra
86
60 3.5.12
Sơ đồ hoạt động của chương trình tự động tích hợp
và tạo bản đồ phân tích bề mặt trong hệ NAWIPS
87
61 3.5.13
Sơ đồ hoạt động của chương trình tự động tích hợp
và tạo bản đồ phân tích trên cao trong hệ NAWIPS
88
62 3.5.14
Bản đồ phân tích mặt đất tại 00Z ngày 13/06/2008
do chương trình Create_surface_product.run trong
hệ NAWIPS tạo ra
89
63 3.5.15
Bản đồ phân tích mực 500mb, 00Z ngày 13/06/2008

do chương trình Create_upper_product.run trong hệ
NAWIPS tạo ra
89
64 3.5.16
Sơ đồ hoạt động của chương trình tự động tích hợp
và tạo bản đồ chuẩn sai và biến cao trong hệ
NAWIPS
89
65 3.5.17
Bản đồ phân tích biến cao 5 ngày (từ 20/10/2007
đến 25/10/2007) do chương trình
Create_BCCS_Map.run tạo ra trong hệ NAWIPS
90
66 3.5.18
Bản đồ phân tích chuẩn sai 10 ngày (từ 30/04/2006
đến 09/05/2006) do chương trình
Create_BCCS_Map.run tạo ra trong hệ NAWIPS
90
TT Số thứ
Nội dung
Trang
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
ix
tự hình
67 3.6.1
Ví dụ về định dạng của một file quy trình tham khảo

trong NAWIPS
92
68 3.6.2
Sơ đồ quy trình xây dựng các kịch bản thời tiết trong
hệ NAWIPS
95
69 3.6.3
Bản đồ Biển Đông trong kịch bản thời tiết thông
thường
101
70 3.6.4
Bản đồ phân tích biến áp 24 giờ, trường khí áp trung
bình mực biển và trường gió tại độ cao 10m trong
kịch bản dự báo không khí lạnh
104
71 3.6.5
Trường nhiệt độ, khí áp và gió bề mặt dự báo từ mô
hình GSM trong kịch bản dự báo không khí lạnh
(vòng lặp 9)
105
72 3.6.6
Trường nhiệt độ, khí áp và gió bề mặt dự báo từ mô
hình GSM trong kịch bản dự báo thời tiết nắng nóng
(vòng lặp 9)
107
73 3.6.7
Bản đồ phân tích trường mưa tích lũy 12 giờ trước
trong kịch bản dự báo mưa lớn (vòng lặp 3)
109
74 3.6.8

Ảnh mây vệ tinh và số liệu QuickSCAT được hiển
thị bằng phần mềm NMAP2 trong kịch bản dự báo
bão, áp thấp nhiệt đới
112
75 3.6.9
Chùm qũy đạo dự báo bão và số liệu obstyph được
hiển thị bằng phần mềm NMAP2 trong kịch bản dự
báo bão, áp thấp nhiệt đới
113
76 3.6.10
Các thông tin dự báo bão dạng text được hiển thị
bằng phần mềm NMAP2 trong kịch bản dự báo bão,
áp thấp nhiệt đới
113

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
x

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1
1 Sự cần thiết của đề tài 1
2 Tổng quan về các hệ thống hỗ trợ dự báo viên 1
3 Lý do lựa chọn hệ thống NAWIPS 3

4 Nội dung báo cáo tổng kết đề tài 4
CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ THU THẬP,
ĐIỀN ĐỒ TỰ ĐỘNG VÀ HIỂN THỊ SỐ LIỆU KTTV TẠI
VIỆT NAM
6
1.1
Hiện trạng hệ thống nghiệp vụ thu th
ập và điền đồ tự động số
liệu Khí tượng Thủy văn tại Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy
văn Trung ương
6
1.1.1 Trước năm 1991 7
1.1.2 Từ năm 1991 đến nay 8
1.2
Hiện trạng hệ thống nghiệp vụ thu thập và hiển thị các sản phẩm
dự báo thời tiết dạng số và ảnh mây vệ tinh
15
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ HỆ TH
ỐNG NAWIPS 21
2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống NAWIPS/GEMPAK 21
2.2 Cấu trúc hệ thống NAWIPS/GEMPAK 23
2.2.1 Hệ quản trị dữ liệu cục bộ LDM 25
2.2.2 Bộ phần mềm khí tượng dùng chung GEMPAK 30
2.2.3 Bộ phần mềm giao diện đồ họa GUIs/N-Progs 33

CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG
NAWIPS ĐỂ XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH VÀ
HIỂN THỊ BẢN ĐỒ THỜI TIẾT TRÊN MÁY TÍNH

38

3.1 Nghiên cứu cài đặt hệ
điều hành và thiết lập mạng Linux 38
3.1.1 Khái quát về hệ điều hành Linux 38
3.1.2 Cài đặt hệ điều hành OpenSuSe và thiết lập mạng Linux 40
3.2 Cài đặt hệ thống NAWIPS 43
3.2.1 Cài đặt hệ quản trị dữ liệu cục bộ LDM 43
3.2.2 Cài đặt bộ phần mềm NAWIPS/GEMPAK 44
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
xi

Trang
3.3 Xây dựng bộ bản đồ địa lý 45
3.4
Xây dựng bộ chương trình chuyển đổi định dạng số liệu Khí
tượng Thủy văn
48
3.4.1
Xây dựng bộ chương trình chuyển đổi định dạng số liệu quan
trắc
51
3.4.1.1 Chương trình chuyển đổi định dạng số liệu quan trắc bề mặt 51
3.4.1.2 Chương trình chuyển đổi định dạng số li
ệu quan trắc trên cao 54
3.4.1.3
Chương trình chuyển đổi định dạng số liệu dự báo khí tượng
hạn vừa

57
3.4.1.4
Chương trình chuyển đổi định dạng số liệu quan trắc bão
(obstyph)
59
3.4.1.5 Chương trình chuyển đổi định dạng số liệu mưa thủy văn 63
3.4.2
Xây dựng bộ chương trình chuyển đổi định dạng số liệu
QuikSCAT
65
3.4.2.1 Khái quát về số liệu QuikSCAT 65
3.4.2.2
Cơ sở lý thuyết và khả năng ứng dụng số liệu QuikSCAT 66
3.4.2.3
Xây dựng bộ chương trình đưa số liệu QuikSCAT vào hệ
NAWIPS
69
3.4.3
Xây dựng bộ chương trình chuyển đổi định dạng số liệu mô
hình dự báo số trị
71
3.4.4
Xây dựng bộ chương trình chuyển đổi định dạng số liệu ảnh
mây vệ tinh MTSAT
73
3.5
Xây dựng bộ chươ
ng trình tự động điền đồ, phân tích, hiển thị
và tích hợp các sản phẩm
76

3.5.1 Xây dựng các tệp tin cấu hình hiển thị cho phần mềm NMAP2 77
3.5.2
Xây dựng các chương trình tự động điền đồ, phân tích, hiển thị
và tích hợp các sản phẩm
80
3.5.2.1
Chương trình tự động điền đồ số liệu quan trắc bề mặt và trên
cao
80
3.5.2.2
Chương trình tự động phân tích khách quan số
liệu quan trắc bề
mặt và trên cao
83
3.5.2.3 Chương trình tự động tạo bản đồ phân tích bề mặt và trên cao 87
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
xii

Trang
3.5.2.4 Chương trình tự động hiển thị bản đồ biến cao và chuẩn sai 89
3.6 Xây dựng các kịch bản dự báo thời tiết trong hệ NAWIPS 91
3.6.1 Khái niệm kịch bản trong hệ NAWIPS 91
3.6.2
Phương pháp xây dựng các kịch bản dự báo thời tiết
trong hệ NAWIPS
94

3.6.3 Xây dựng các kịch bản dự báo thời tiết trong hệ NAWIPS 97
3.6.3.1 Kịch bản dự báo đối với hình thế thời tiết thông thường 98
3.6.3.2 Kịch bản dự báo trong trường hợp có không khí lạnh 102
3.6.3.3
Kịch bản dự báo đối với hình thế thời tiết có khả năng xảy ra
nắng nóng
105
3.6.3.4
Kịch bản dự báo đối với hình thế thời tiết có khả năng xảy ra
mưa lớn
107
3.6.3.5 Kịch bản dự báo trong trường hợp có bão hoặc áp thấp nhiệt đới 110

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH NGHIỆP VỤ

KHAI THÁC HỆ THỐNG NAWIPS/GEMPAK
114
4.1 Kết quả thử nghiệm nghiệp vụ 114
4.2 Các quy trình nghiệp vụ khai thác hệ thống NAWIPS/GEMPAK 118
4.2.1
Quy trình kiểm tra, theo dõi, phát hiện và xử lý các sự cố cho hệ
thống NAWIPS
118
4.2.2 Quy trình phân tích các bản đồ thời tiết trên máy tính 120
4.2.3 Quy trình tham khảo các kịch bản dự báo thời tiết 120
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121
1. Một số nhận xét 121
2. Kết luận 122
3. Một số kiến nghị 122

TÀI LI
ỆU THAM KHẢO
124

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
1
MỞ ĐẦU

Trong thập niên cuối của thế kỷ XX, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn
Trung ương (TTDBTƯ) đã được đầu tư những trang thiết bị và công nghệ tiên tiến
nên công tác thu thập, chỉnh lý số liệu và điền bản đồ thời tiết đã chuyển sang một
thời kỳ mới với định hướng phát triển là tự động hóa từng phần và tiến dần tới mục
tiêu t
ự động hóa phần lớn công việc trước đây được thực hiện hoàn toàn thủ công,
tốn kém rất nhiều công sức và kinh phí. Hệ thống thông tin chuyển mạch và điền đồ
tự động (Computerized Telecommunication and Data Procesing System- CTDPS)
trên các máy tính Mini, sau được phát triển thành hệ thống thu thập, xử lý số liệu và
điền đồ tự động trên máy tính cá nhân, đã làm thay đổi về cơ bản các quy trình
nghiệp vụ
xử lý số liệu và dự báo tại TTDBTƯ, tạo ra những sản phẩm đẹp về hình
thức và tiện dụng trong nghiệp vụ.

1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tuy đã qua một số lần nâng cấp, cải tiến, nhưng hiện nay, tại TTDBTƯ, công
nghệ điền đồ tự động vẫn được thực hiện trên các máy vẽ (Plotter), rất phụ thuộc
vào các thi

ết bị kỹ thuật, mỗi khi cần thay thế phần cứng lại phải hiệu chỉnh các
chương trình điền đồ, không thuận tiện và thiếu chủ động trong sử dụng. Bên cạnh
đó, nghiệp vụ phân tích bản đồ thời tiết vẫn được thực hiện hoàn toàn bằng phương
pháp thủ công (bằng tay), tốn rất nhiều thời gian, chưa đáp ứng yêu cầu phục vụ

nhanh khi xảy ra các tình huống khẩn cấp (bão, áp thấp nhiệt đới, lũ, mưa lớn…).
Trong thực tế, lượng thông tin và sản phẩm dự báo của các mô hình số (được thu
thập qua các kênh thông tin, qua internet và kết quả của các mô hình hoạt động ở
chế độ nghiệp vụ tại TTDBTƯ) ngày càng đa dạng, phong phú về số lượng và
chủng loại. Với khối lượng thông tin khá lớn, trong khoảng thời gian ngắn và bằng
ph
ương pháp thủ công, dự báo viên không thể tham khảo kỹ khi thực hiện nghiệp
vụ dự báo, nhất là trong trường hợp xảy ra các tình huống khẩn cấp, phức tạp. Từ
những lý do trên, việc ứng dụng một công nghệ tiên tiến có thể tích hợp nhiều loại
dữ liệu một cách tự động, các loại dữ liệu lại có thể lồng ghép trên cùng một bản đồ
nền để tiệ
n so sánh, phân tích, đánh giá là rất cần thiết và phù hợp với xu thế phát
triển chung trong khu vực và trên thế giới.

2. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ DỰ BÁO VIÊN
Từ nhiều năm nay, các trung tâm dự báo khí tượng lớn trên thế giới (Hoa
Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Pháp, Ôxtrâylia, …) đã xây dựng các công nghệ
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
2
tự động phân tích và hiển thị các bản đồ thời tiết và đưa vào sử dụng trong công tác
nghiệp vụ:

- Cơ quan thời tiết Đức (Deutcher WetterDienst, DWD) và Khí tượng Pháp
(Meteo France) sử dụng hệ SYNERGIE với chức năng hiển thị và tổng hợp tất cả
các thông tin khí tượng, sau đó tạo ra các sản phẩm theo yêu cầu của dự báo viên.
SYNERGIE viết tắt từ cụm từ: “Système Numérisé d ‘Exploitation Rationnelle et
de Gestion Interactive et Evolutive”, nghĩ
a trong tiếng Việt là “Hệ thống khai thác,
tương tác và phát triển số liệu khí tượng”. Dự báo viên có thể sử dụng hệ
SYNERGIE để xây dựng các kịch bản thời tiết dựa trên tất cả các thông tin khí
tượng (số liệu truyền thống, sản phẩm số trị, ảnh mây vệ tinh và ra-đa …). Các máy
tính trong hệ thống (máy client hay máy khách) có quyền truy cập vào máy chủ của
Météo-France đặt tại Toulouse. Việc truy cập và xử lý ở ch
ế độ thời gian thực rất
nhanh chóng, thuận tiện và an toàn cho tất cả các máy client. SYNERGIE cung cấp
hàng loạt các tiện ích như hiển thị các thông tin khí tượng với khả năng ‘chồng’ các
trường, profiles thẳng đứng, các hình chạy theo thời gian…. Ngoài ra, SYNERGIE
còn có một module riêng để theo dõi hoạt động của các xoáy thuận nhiệt đới và có
thể hiển thị lại các tình huống xảy ra trong quá khứ, thuận tiện cho việc nghiên cứu
và đánh giá. Tuy nhiên, SYNERGIE là phần mềm đ
ã được thương mại hóa và
không có phiên bản miễn phí.
- Cơ quan khí tượng Ôxtrâylia – Bureau of Meteorology (BoM) thiết kế, xây
dựng và phát triển hệ thống Dự báo Tích hợp AIFS (Australian Integrated
Forecasting System). Ngoài các chức năng thu thập số liệu và chuyển mạch tự
động, chuẩn bị và phân phối bản tin dự báo đến người sử dụng, AIFS còn có các
công cụ hữu hiệu dưới dạng giao diện Người - Máy, thực hi
ện chức năng tương tác
giữa dự báo viên và máy tính. AIFS đã hỗ trợ dự báo viên chuyển phát các thông tin
về thời tiết, thủy văn và khí hậu với độ chính xác cao, kịp thời, mềm dẻo và hiệu
quả. Hệ thống AIFS được thiết kế dưới dạng các mô-đun và có khả năng:
+ Xử lý và hiển thị (thông qua giao diện Người - Máy) các loại dữ liệu ảnh

mây vệ tinh, các quan trắc bề mặt, dữ
liệu thám sát máy bay và sản phẩm của các
mô hình dự báo số trị;
+ Cảnh báo tự động khi có thời tiết nguy hiểm;
+ Trợ giúp dự báo viên ra bản tin dự báo dựa trên các kinh nghiệm mang tính
địa phương và tính quốc gia được tích lũy qua nhiều thập kỷ.
- Cơ quan thời tiết quốc gia Mỹ (Natinal Weather Service, NWS) phát triển hệ
thống phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết AWIPS (Advanced Weather Interactive
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
3
Processing System) từ những năm 80 của thế kỷ XX, sau đó đã đưa vào sử dụng
nghiệp vụ tại rất nhiều trung tâm dự báo thời tiết lớn của Mỹ và thường xuyên được
nâng cấp. Từ năm 2003 AWIPS đã được bổ sung nhiều chức năng và lấy tên là hệ
NAWIPS (National - Advanced Weather Interactive Processing System).
- Cơ quan khí tượng Hàn Quốc (Korea Meteorological A
dministration, KMA)
đã kết hợp với NWS xây dựng bộ chương trình NAWIPS/GEMPAK để sử dụng
trong nghiệp vụ dự báo thời tiết phù hợp với các đặc thù riêng của KMA.

3. LÝ DO LỰA CHỌN HỆ THỐNG NAWIPS
Trong số các hệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết nghiệp vụ được giới
thiệu trên đây, phần mềm NAWIPS/GEMPAK (GEneral Meteorological PacKage)
cùng với hệ LDM (Local Data
Management) được NWS cung cấp miễn phí cho các
cơ quan khí tượng thông qua tổ chức UNIDATA (Chương trình chia sẻ dữ liệu và
cung cấp các công cụ để truy cập và hiển thị dữ liệu thuộc khoa học địa lý).

Phần mềm NAWIPS/GEMPAK và hệ LDM (sau đây gọi tắt là hệ thống
NAWIPS) có thể được cài đặt trên các máy tính cá nhân với hệ điều hành Linux.
Tính ưu việt của NAWIPS thể hiện trong các chức năng quan trọng như phân tích,
hiể
n thị và tích hợp các loại số liệu khác nhau, tạo các kịch bản dự báo theo từng
dạng hình thế thời tiết.
Trên cơ sở hợp tác giữa Cơ quan thời tiết quốc gia Hoa kỳ (NWS) và Trung
tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia về công tác dự báo, cuối năm 2003, một cán bộ
của TTDBTƯ đã được thực tập tại Trung tâm khí tượng Hawai về sử dụng hệ
NAWIPS. Sau đó, nhóm cán b
ộ nghiên cứu của TTDBTƯ đã tìm hiểu kỹ về các
chức năng của NAWIPS, điều kiện, khả năng phát triển trong tương lai và nhận
thấy, về cơ bản, hệ thống NAWIPS đáp ứng được các yêu cầu nghiệp vụ, có thể ứng
dụng vào công tác dự báo tác nghiệp tại TTDBTƯ.
Từ đầu năm 2004 TTDBTƯ đã bước đầu triển khai nghiên cứu ứng dụ
ng và
cho rằng, đội ngũ cán bộ kỹ thuật và chuyên môn tại Trung tâm có thể thực hiện
những thủ tục cần thiết liên quan đến các vấn đề cài đặt hệ thống, chuyển đổi định
dạng. xử lý số liệu, … để cải tiến phần mềm NAWIPS cho phù hợp với điều kịên cụ
thể của nghiệp vụ dự báo tại TTDBTƯ.
Một trong nhữ
ng lý do TTDBTƯ quan tâm nhất khi lựa chọn hệ thống
NAWIPS là : Với các mã nguồn mở được cung cấp qua Internet, người ứng dụng
NAWIPS có thể dễ dàng hiệu chỉnh, bổ sung các chức năng theo yêu cầu nghiệp vụ
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
4

dự báo thời tiết của từng quốc gia. Ngoài ra, khi NAWIPS được cải tiến, nâng cấp,
các thành viên UNIDATA sẽ được cung cấp miễn phí các phiên bản mới.
Xuất phát từ hiện trạng của công tác thu thập, điền đồ tự động, yêu cầu hiển
thị các loại số liệu KTTV và sản phẩm dự báo số trị tại TTDBTƯ, từ những thành
công ban đầu trong việc ứng dụng hệ NAWIPS trong công tác dự báo nghi
ệp vụ và
các lý do nêu trên, TTDBTƯ đã đề xuất thực hiện đề tài nghiên cứu ứng dụng với
tiêu đề “Ứng dụng phần mềm NAWIPS để xây dựng công nghệ phân tích và hiển
thị bản đồ thời tiết trên máy tính”. Các mục tiêu chính của đề tài:
- Ứng dụng kỹ thuật tin học tiên tiến để xây dựng được một công nghệ phân
tích và hiển thị bản đồ thời tiết mộ
t cách khách quan, tích hợp được nhiều dạng số
liệu và sản phẩm, tiện dụng, hữu hiệu, tạo ra các bản đồ thời tiết dạng số phục vụ
nghiệp vụ dự báo thời tiết tại TTDBTƯ và các Đài KTTV khu vực;
- Từng bước tự động hóa quy trình thu thập, xử lý, khai thác và lưu trữ các loại
số liệu KTTV, thuận tiện cho việc truy cập nhanh các nguồn số liệu và
đặt cơ sở để
tiến tới xây dựng văn phòng dự báo không giấy tại TTDBTƯ trong tương lai.
Các nội dung thực hiện chính:
- Thiết kế và cài đặt mạng Linux, hệ quản trị dữ liệu cục bộ LDM và hệ thống
NAWIPS trên các máy tính tại TTDBTƯ;
- Xây dựng các chương trình ứng dụng hệ NAWIPS:
+ Bộ chương trình chuyển đổi định dạng các nguồn số liệu tại TTDBTƯ vào
h
ệ NAWIPS;
+ Chương trình tự động điền đồ (hiển thị) các loại số liệu quan trắc;
+ Các chương trình tự động hiển thị và tích hợp các loại sản phẩm dựa trên
các thư viện chương trình trong hệ NAWIPS;
+ Kịch bản dự báo tương ứng các hình thế thời tiết khác nhau;
- Thử nghiệm, phát hiện lỗi, hiệu chỉnh chương trình;

- Biên soạn các quy trình nghiệp vụ.

4. NỘI DUNG BÁO CÁO TỔ
NG KẾT ĐỀ TÀI
Hầu hết các nội dung đăng ký trong bản thuyết minh đề tài đã được thực hiện
đầy đủ. Phần nội dung chính của báo cáo tổng kết mô tả chi tiết các bước thực hiện
và kết quả đạt được đối với từng nội dung cụ thể. Bố cục báo cáo tổng kết đề tài:

Danh sách các từ viết tắt, bảng biểu và hình vẽ
Mở đầ
u
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
5
Chương I. Hiện trạng công nghệ thu thập, điền đồ tự động và hiển thị số liệu
Khí tượng Thủy văn tại Việt Nam
Chương II. Giới thiệu về hệ thống NAWIPS
Chương III. Nghiên cứu ứng dụng hệ thống NAWIPS xây dựng công nghệ phân
tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
Chương IV. Xây dựng quy trình nghiệp vụ khai thác hệ thống
NAWIPS/GEMPAK
Kết luậ
n và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Đề tài do các cán bộ của Phòng Nghiên cứu ứng dụng, Phòng Máy tính và
Phòng Dự báo Khí tượng Hạn ngắn thuộc TTDBTƯ thực hiện với sự cộng tác chặt

chẽ của các đồng nghiệp trong Trung tâm và sự tư vấn của các cán bộ chuyên ngành
ứng dụng công nghệ tin học ngoài Trung tâm. Trong quá trình thực hiện đề tài,
nhóm nghiên cứu đã nhận được sự quan tâm thường xuyên, sự chỉ đạo kị
p thời của
Ban Giám đốc Trung tâm. Nhóm thực hiện đề tài cho rằng, kết quả thực hiện đề tài
sẽ hỗ trợ tốt các dự báo viên trong nghiệp vụ dự báo KTTV và công tác nghiên cứu
phát triển sau này tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương nói riêng và Trung tâm
KTTV Quốc gia nói chung.
Chủ nhiệm và các cộng tác viên đề tài xin trân trọng cảm ơn các cấp Lãnh đạo
của Bộ Tài nguyên và Môi trường, các Vụ chức năng, Trung tâm KTTV Quốc gia,
các Ban liên quan và Ban Giám đốc TTDBTƯ đã tạo mọ
i điều kiện để đề tài được
thực hiện thuận lợi và đạt được những kết quả nhất định. Chủ nhiệm đề tài xin chân
thành cảm ơn các cộng tác viên, các bạn đồng nghiệp, những cá nhân và tập thể
trong và ngoài TTDBTƯ, đã luôn phối hợp, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến bổ
ích trong suốt quá trình thực hiện và thử nghiệm các kết quả của đề tài. Chủ nhi
ệm
đề tài đặc biệt cảm ơn Thạc sỹ Lê Công Thành, Phó Cục trưởng Cục Khí tượng thủy
văn và Biến đổi khí hậu, đã đề xuất ý tưởng nghiên cứu ứng dụng hệ thống
NAWIPS trong nghiệp vụ dự báo tại TTDBTƯ; Thạc sỹ Đỗ Lệ Thủy, Trưởng
Phòng Nghiên cứu ứng dụng, đã luôn quan tâm chỉ đạo để nhóm nghiên cứu thực
hiện các nội dung củ
a đề tài đúng yêu cầu về kỹ thuật và tiến độ; Thạc sỹ Nguyễn
Chi Mai, người đầu tiên tiếp nhận và tìm hiểu về hệ thống NAWIPS, đồng thời
tham gia thiết kế những nội dung thực hiện chính của đề tài; Thạc sỹ Võ Văn Hòa
và Cử nhân Vũ Duy Tiến là những người đã thực hiện một khối lượng lớn công việc
thuộc phạm vi đề tài.
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường

Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
6
CHƯƠNG I
HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ THU THẬP, ĐIỀN ĐỒ TỰ ĐỘNG VÀ
HIỂN THỊ SỐ LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TẠI VIỆT NAM


1.1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG NGHIỆP VỤ THU THẬP VÀ ĐIỀN ĐỒ TỰ
ĐỘNG SỐ LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TẠI TRUNG TÂM DỰ BÁO
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRUNG ƯƠNG
Trong suốt hơn 50 năm qua, một đơn vị nhỏ thuộc Nha Khí tượng Việt Nam
(1955-1977), đã được mở rộng và phát triển thành Cục Dự báo Khí tượng Thủy văn
(KTTV,1977-1995), Trung Tâm Quốc gia Dự báo KTTV (1995-2003) và ngày nay
là Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương (sau đây được gọi chung là Trung tâm Dự
báo KTTV Trung ương và viết tắt là TTDBTƯ). TTDBTƯ luôn được giao trọng
trách dự báo KTTV phục vụ các lĩnh vực hoạt động kinh tế, xã hội và đời sống dân
sinh. Để hoàn thành nhi
ệm vụ khó khăn này, TTDBTƯ không chỉ cần có một đội
ngũ cán bộ với trình độ chuyên môn nghiệp vụ vững vàng, mà còn cần tới sự hỗ trợ
của các phương pháp dự báo hiệu quả và các nguồn thông tin, số liệu đa dạng cả về
chủng loại và số lượng, bởi vì chính những nguồn số liệu mới giúp các dự báo viên
mô tả chính xác, chi tiết các hình thế thời tiết hiệ
n tại và tạo cơ sở tin cậy cho những
nhận định đúng đắn về xu thế phát triển của các hình thế thời tiết trong tương lai.
Trình độ, kinh nghiệm công tác và nguồn dữ liệu phong phú sẽ giúp các dự báo viên
làm ra các bản tin có độ chính xác cao hơn, với thời gian đảm bảo dài hơn.
Trong thập niên cuối của thế kỷ XX, TTDBTƯ đã được lãnh đạo các cấp quan
tâm đầu tư để ứng dụ
ng các thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến, từng bước hiện

đại hóa công tác thu thập, xử lý số liệu và nghiệp vụ dự báo KTTV. Sự ra đời của
các trang thiết bị thế hệ mới và công nghệ kỹ thuật tiên tiến đã mở ra một thời kỳ
mới, tạo cơ sở vững chắc cho việc tự động hóa từng phần và tiến tới tự động hóa
hoàn toàn quá trình phứ
c tạp và tốn kém không chỉ về tiền của mà cả về nhân lực.
Có thể nói, trong thời gian ngắn so với sự phát triển của một ngành khoa học, công
tác thu thập và xử lý số liệu đã thay đổi hoàn toàn cả về nội dung lẫn hình thức thể
hiện và có những đóng góp quan trọng cho việc nâng cao hiệu quả phục vụ của các
bản tin dự báo tại TTDBTƯ nói riêng và trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung.
Quá trình hiện đạ
i hóa công tác thu thập và xử lý số liệu tại TTDBTƯ có thể được
mô tả sơ lược qua hai giai đoạn chính: trước năm 1991 và từ năm 1991 đến nay.
Giai đoạn đầu tiên đánh dấu sự đột phá về mặt ứng dụng công nghệ tự động trong
nghiệp vụ thu thập, xử lý và điền đồ số liệu KTTV. Giai đoạn tiếp theo đánh dấu sự
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
7
trưởng thành của đội ngũ cán bộ kỹ thuật tại TTDBTƯ trong việc ứng dụng tiến bộ
kỹ thuật và công nghệ thông tin để đổi mới cả về hình thức và nội dung của công
tác thu thập và điền độ tự động số liệu KTTV.

1.1.1 Trước năm 1991
Trước năm 1988, để duy trì công tác nghiệp vụ tại Cục Dự báo Khí tượng Thủy
văn, các số liệu KTTV phục vụ công tác dự báo được thu nhận qua các máy thu vô
tuyến sóng ngắn tốc độ thấp và in số liệu trên giấy bằng nhiều máy teletype nên thời
gian nhận số liệu kéo dài, độ tin cậy của số liệu không cao và môi trường làm việc
rất độc hại. Các loại số liệu KTTV thu nhận được phải ch

ọn lọc hoặc loại bỏ trên
giấy bằng phương pháp thủ công, sau đó được điền bằng tay lên các bản đồ thời tiết.
Năm 1988, thực hiện dự án VIE/80/051 do Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO)
tài trợ, Cục Dự báo KTTV được trang bị Hệ thống thông tin chuyển mạch và điền
đồ tự động, CTDPS. Đó là một hệ thống khép kín được xây dựng trên các máy tính
MINI do hãng ROBOTRON thuộ
c Cộng hòa Dân chủ Đức thiết kế, sản xuất thiết bị
và bộ phần mềm ứng dụng. Hệ CTDPS thực hiện các chức năng thu thập và phát
các bản tin số liệu KTTV từ các máy vô tuyến điện báo sóng ngắn tốc độ thấp, xử
lý, chọn lọc các số liệu thu thập được, phân loại và nhận dạng các bản tin, lưu trữ
các số liệu đã được x
ử lý, tự động tập hợp số liệu và phát báo các bản tin theo các
kênh thông tin nội địa và quốc tế. Máy tính MINI A6402 thực hiện chức năng giải
mã và điền số liệu lên các bản đồ mặt đất (Surface) và trên cao (TEMP, tại các mực
đẳng áp 850, 700, 500, 300 và 200mb) cho khu vực Âu Á và Biển Đông. Hệ
CTDPS được đưa vào sử dụng trong nghiệp vụ từ tháng 10 năm 1988. Đến đầu năm
1990, do những thay đổi ở nước Đứ
c, hãng ROBOTRON bị giải thể, nguồn phụ
tùng và linh kiện thay thế cũng như các chuyên gia bảo dưỡng hệ thống, đảm bảo
cho CTDPS hoạt động lâu dài không còn nữa. Trong khi đó, trong quá trình khai
thác nghiệp vụ, hệ CTDPS đã xuất hiện một số sự cố kỹ thuật do tính không ổn định
của các thiết bị do hãng ROBOTRON chế tạo, một số chương trình phần mềm
không đáp ứng được những thay đổ
i trong mã luật khí tượng. Những nhược điểm
chủ yếu của hệ CTDPS bao gồm:
- Các thiết bị do hãng ROBOTRON chế tạo là công nghệ phổ biến của những
năm 1970 và 1980, do đó đòi hỏi môi trường đặt hệ thống phải đảm bảo các tiêu
chuẩn kỹ thuật rất chặt chẽ về nhiệt độ và độ ẩm. Đối với điều kiện của Vi
ệt Nam
khi đó, các yêu cầu kỹ thuật nêu trên thực sự là một thách thức rất lớn.

Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
8
- Hệ CTDPS được thiết kế trên hai máy tính MINI (K8911 và A6402) rất cồng
kềnh và phức tạp, gây nhiều khó khăn cho việc bảo dưỡng duy trì hệ thống hoạt
động, tiêu hao điện năng lớn;
- Không thay đổi được các đặc tính thông tin như dạng kênh thông tin, tốc độ
truyền tin,
- Phần mềm của hệ thống là khép kín (mã nguồn đóng) nên không thể thực hiện
các hiệu chỉnh cần thiết cho phù hợp với những thay
đổi trong quy định về mã luật
khí tượng bề mặt của Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO).

1.1.2 Từ năm 1991 đến nay
Hệ CTDPS được lắp đặt và đưa vào nghiệp vụ tại TTDBTƯ từ năm 1988 và,
chỉ sau 2-3 năm hoạt động, đã bộc lộ những hạn chế về mặt kỹ thuật. Khi những
thay đổi lớn xảy ra tại nước Đức, TTDBTƯ đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc
bảo dưỡng hệ thống và tìm kiếm các linh kiện thay thế cần thiết. Trướ
c tình hình đó,
nếu không có sự chuẩn bị các phương án kỹ thuật dự phòng để thay thế trong
trường hợp hệ CTDPS của hãng ROBOTRON bị trục trặc một phần hoặc, trường
hợp xấu nhất, không thể tiếp tục hoạt động thì con đường duy nhất là phải quay trở
lại sử dụng phương thức thu thập thông tin và điền đồ thủ công như trước khi có hệ
CTDPS. Đ
iều đó có nghĩa là nếu hệ chuyển mạch tự động (MSS) phải ngừng hoạt
động thì có thể in số liệu thô, chưa xử lý, ra máy in kim, còn việc điền đồ tự động
(do hệ DPS đảm nhiệm) thì vẫn phải sử dụng phương pháp điền thủ công bằng tay

như trước đây. Để khắc phục những sự cố có thể xảy ra, đầu năm 1991, TTDBT
Ư
đã chủ động đề xuất với ông Trịnh Văn Thư, Phó Tổng cục trưởng, Giám đốc Dự án
VIE/80/051 và Dr. Khalil, Cố vấn trưởng Dự án, tìm nguồn kinh phí hỗ trợ mua
máy tính và đề xuất phương án thiết kế và xây dựng hệ thống dự phòng sử dụng các
máy tính cá nhân (Personal Computer, PC). Từ tháng 2 năm 1991 TTDBTƯ đã trực
tiếp giao cho các cán bộ phòng Máy tính chịu trách nhiệm thiết kế và tổ chức thực
hiện k
ế hoạch xây dựng hệ thống máy tính dự phòng. Hệ thống CTDPS trên PC
phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Tất cả các thiết bị sử dụng phải là các thiết bị tiêu chuẩn, phổ thông, dễ kiếm
trong nước và có thể hoàn toàn chủ động được về phần cứng và thiết bị. Hơn nữa,
giá thành thiết bị phải không quá cao, dễ dàng thay thế và việc bảo hành hệ thống
không quá phức t
ạp.
- Hệ thống CTDPS trên máy PC phải xây dựng trên nguyên tắc mở cả về phần
cứng và phần mềm để có thể dễ dàng mở rộng, phát triển khi có nhu cầu cần bổ
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
9
sung thêm kênh thông tin, kênh telex, thay đổi các đặc trưng thông tin hoặc thay đổi
về mã luật khí tượng,
- Có thể cài đặt hệ CTDPS trên PC vào mạng LAN và mở rộng khả năng sử
dụng, phát triển các kết quả thu được.
Ngoài những yêu cầu về mặt kỹ thuật nêu trên, hệ CTDPS trên PC phải thực
hiện được các chức năng cơ bản sau:
- Nhận thông tin KTTV từ 8 kênh liên lạc trong và ngoài nước;

- Xử lý và lưu trữ số liệu;
- Phát báo số liệu quốc tế cho các trung tâm Mátxơva, Băng Cốc, Bắc Kinh;
- Phát báo số liệu cho các Đài KTTV khu vực và các cơ quan liên quan;
- Phát tự động và bằng tay các bản tin nhận được từ các kênh thông tin;
- Phát tự động số liệu và bản tin theo giờ quy định;
- Tập hợp bản tin và tự động phát báo;
- Tự động giải mã các loại số liệu quan trắc khí tượng bề mặt và cao không
(SYNOP, SHIP, TEMP, PILOT);
- Tự động điền các b
ản đồ thời tiết (hai loại bản đồ số liệu quan trắc bề mặt là
bản đồ Âu Á và bản đồ Biển Đông, bản đồ số liệu cao không, giản đồ thiên khí và
bản đồ số liệu nội địa AERO) trên một số máy vẽ khác nhau như Hewlett Packard
khổ A0, HP DraftPro DXL khổ A1, ROLAND khổ giấy A0 và A1.
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu hệ CTDPS trên PC, nhóm thực hiện
đã xây dựng đồng thờ
i 2 hệ CTDPS trên PC, đó là hệ CTDPS trên mạng LAN (hệ
chính, gọi là hệ I) và hệ CTDPS cài đặt trên hệ điều hành OS/2 (hệ dự phòng, gọi là
hệ II). Cấu hình của 2 hệ CTDPS mới này được thể hiện trong hình 1.1.1 và hình
1.1.2. Trên nguyên lý thiết kế hệ mở và sử dụng tài nguyên chung của mạng LAN,
nhóm nghiên cứu đã cài đặt hệ CTDPS trên mạng LAN tại Cục dự báo KTTV phục
vụ nhu cầu sử dụng các thông tin và số liệu KTTV đã đượ
c xử lý tại máy AT-
Processing của các phòng nghiệp vụ một cách dễ dàng và thuận tiện. Hệ CTDPS I
gồm 3 máy tính AT-386 (AT-Multiplexor, AT-Processing và AT-Printer), bộ
chuyển đổi tín hiệu thông tin (converter), bộ ghép nối các kênh thông tin (interface),
máy vẽ (Plotter) và máy in kim (Printer) (hình 1.1.1). Máy AT-Multiplexor có chức
năng chính là thu nhận và phát các số liệu KTTV từ các kênh liên lạc qua vệ tinh và
vô tuyến với tốc độ thấp (<150bps) và tốc độ trung bình (<2400bps) thông qua bộ
chuyển đổi tín hiệu đặt trong một hộp dồn kênh và bộ ghép nối thông tin. Ngoài
chức nă

ng chính nói trên, máy AT-Multiplexor còn có các chức năng xử lý sơ bộ
các thông tin KTTV, soạn các bản tin và các yêu cầu, thay đổi các tham số của các
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
10
kênh thông tin như tốc độ, số bit dữ liệu, và trao đổi thông tin với máy AT-
Processing.
Sau khi các thông tin KTTV được thu nhận qua máy AT-Multiplexor, máy AT-
Processing có chức năng xử lý các thông tin nói trên, phân loại các bản tin, lưu trữ
số liệu và các bản tin theo đúng định dạng của WMO, điều khiển việc phát báo quốc
tế, tập hợp các bản tin để tự động phát báo, tự động trả lời các yêu cầu của các
Trung tâm Khí tượng khu vực và kiểm tra việc phát báo trên tấ
t cả các kênh thông
tin. Công việc giải mã các loại số liệu và điền đồ các loại bản đồ thời tiết cho các
phiên quan trắc khác nhau được thực hiện trên máy AT-Printer. Để đảm bảo chế độ
nghiệp vụ 24/24 giờ tại Cục dự báo KTTV, song song với hệ CTDPS được xây
dựng trên mạng LAN (Hệ điều hành NOVELL NETWARE), nhóm nghiên cứu đã
xây dựng thêm một hệ CTDPS dự phòng (hình 1.1.2). Hệ dự phòng được cài đặt
trên h
ệ điều hành đa nhiệm OS/2 trên 2 máy tính AT-386. Các chức năng của hệ
CTDPS dự phòng tương tự như hệ I. Trong hệ dự phòng các chức năng của máy
AT-Printer cùng được cài đặt trên máy AT-Processing và hoạt động dưới hệ điều
hành đa nhiệm OS/2.



Hình 1.1.1. Cấu hình của hệ CTDPS

trên mạng LAN (hệ I)
Hình 1.1.2. Cấu hình của hệ CTDPS dự phòng
trên mạng LAN (hệ II)

Ngày 19 tháng 2 năm 1993, hệ CTDPS của hãng ROBOTRON bị hỏng, hoàn
toàn chấm dứt hoạt động, hệ CTDPS do Cục dự báo KTTV thiết kế đã được chính
thức đưa vào sử dụng nghiệp vụ thay thế hệ CTDPS cũ, đảm bảo an toàn và đáp
ứng các yêu cầu của công tác nghiệp vụ. Bên cạnh đó, Cục dự báo KTTV cũng đã
Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương - Trung tâm KTTV Quốc Gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường


Ứng dụng phần mềm NAWIPS (National-Advanced Weather Interactive Processing System)
để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính
11
thiết kế, lắp đặt hệ thống tương tự cho một số cơ sở khí tượng trong và ngoài nước
như tại Trung tâm điều hành bay, sân bay quốc tế Nội Bài (năm 1991), Tiểu Vương
quốc Ả Rập thống nhất UAE (năm 1992), Đài KTTV khu vực Nam Bộ (năm 1993).
Qua quá trình sử dụng tại nhiều nơi, hệ CTDPS mới đã chứng minh được tính hiệu
qủa và thuận tiện. Nh
ững ưu điểm chính:
- Không phụ thuộc vào thiết bị cũng như phần mềm của hãng ROBOTRON, các
cán bộ kỹ thuật của Cục dự báo có thể hoàn toàn làm chủ hệ thống;
- Cấu hình gọn nhẹ, giá thành thấp;
- Hoạt động ổn định, thao tác dễ dàng và nhanh chóng;
- Dễ dàng tăng cường các kênh liên lạc theo yêu cầu của các đơn vị sử dụng;
- Các chương trình xử lý, giải mã số liệu rấ
t linh hoạt, có thể dễ dàng thay đổi
và chỉnh lý theo những thay đổi trong mã luật KTTV của WMO.
- Có thể bổ sung các phần mềm tích hợp để thực hiện một số công việc trước
đây phải làm thủ công như phân biệt các bản tin theo từng kênh liên lạc, thống kê số

liệu thu được theo thời gian, từng loại số liệu và từng vùng,
Các chương trình ứng dụng thuộc hệ thống CTDPS trên PC được phát triển dựa
trên ngôn ngữ QuickBasic, hoạt động trong môi trường của hệ điều hành DOS đã
đảm bảo được các chức năng chính của một hệ CTDPS tự động. Hệ CTDPS mới
này đã được đánh giá là thành tựu kỹ thuật xuất sắc của Ngành KTTV trong thập kỷ
90 của thế kỷ 20, góp phần quan trọng vào công cuộc hiện đại hóa và tự động hóa
công tác dự báo và phục vụ dự báo KTTV của Việt Nam, làm thay đổ
i về cơ bản
công tác thu thập, xử lý và khai thác số liệu KTTV tại TTDBTƯ nói riêng và trên
toàn quốc nói chung.
Tuy nhiên, vì được xây dựng từ những ngày đầu của thời kỳ công nghệ thông
tin tại Việt Nam và công nghệ viễn thông của những năm 1990, ngôn ngữ lập trình
còn sơ khai và trình độ ứng dụng tin học chưa cao nên sau gần chục năm hoạt động,
đến đầu thế kỷ 21 hệ CTDPS trên PC đã bộc lộ mộ
t số hạn chế về các chỉ tiêu kỹ
thuật, tính năng nghiệp vụ, độ tin cậy và độ mềm dẻo.
Những nhược điểm cơ bản, gây khó khăn cho công tác bảo trì, sửa chữa hệ
thống cũng như hạn chế hiệu quả khai thác của hệ thống CTDPS trên PC trong công
tác nghiệp vụ là:
- Các thiết bị tin học thuộc thế hệ cũ, đến đầu thế
kỷ 21 đã lạc hậu và không có
trên thị trường tin học. Vì vậy, một số linh kiện sau một thời gian sử dụng đã hỏng
nhưng không thể được thay thế;