Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo sóng tổ hợp cho khu vực biển việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ HỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÙI MẠNH HÀ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO SÓNG TỔ HỢP
CHO KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ HỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÙI MẠNH HÀ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO SÓNG TỔ HỢP
CHO KHU VỰC BIỂN VIỆT NAM
Chuyên ngành: Hải dƣơng học
Mã số: 8440228.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. Nguyễn Bá Thủy

2. TS. Đỗ Đình Chiến

Hà Nội - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là thành quả nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự
sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Bá Thủy và TS. Đỗ Đình Chiến.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và không sao chép
theo bất cứ cơng trình nghiên cứu tƣơng tự nào khác.
Các thơng tin thứ cấp sử dụng trong luận văn đều đƣợc trích dẫn các nguồn tài
liệu và danh mục tài liệu tham khảo.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Bùi Mạnh Hà

năm 2020


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình xây dựng đề cƣơng, nghiên cứu và hoàn thành luận văn
thạc sĩ, học viên đã nhận đƣợc sự động viên, khuyến khích và tạo điều kiện giúp đỡ
nhiệt tình của các thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp và gia đình.
Để hồn thành luận văn này, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến
PGS.TS. Nguyễn Bá Thủy và TS. Đỗ Đình Chiến, các thầy đã trực tiếp dẫn dắt tơi
trong q trình thực hiện luận văn. Với cƣơng vị vừa là ngƣời thầy, vừa là đồng

nghiệp, các thầy đã cho tôi những lời khuyên chân thành về kiến thức chuyên môn,
định hƣớng phát triển sự nghiệp và kỹ năng trong nghiên cứu khoa học.
Học viên tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cơ trong Khoa Khí tƣợng Thủy
văn và Hải dƣơng học - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà
Nội đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên sâu về chuyên ngành Hải dƣơng
học trong suốt thời gian học tập để tơi có đƣợc nền tảng kiến thức hỗ trợ lớn cho tôi
trong q trình hồn thành luận văn thạc sĩ.
Học viên xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Dự báo khí tƣợng thủy văn quốc
gia - Tổng cục Khí tƣợng Thủy văn đã tạo điều kiện, hỗ trợ về thời gian, tinh thần
cho học viên trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Học viên cảm ơn Đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng “Nghiên cứu xây
dựng hệ thống dự báo tổ hợp sóng biển cho Việt Nam”, mã số TNMT.2015.01.02
và Đề tài độc lập cấp Quốc gia "Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp,
hiệu quả để tiêu giảm sóng nhằm nâng cao độ an tồn cho đê biển Nam Định", Mã
số: ĐTĐLCN.40/18 đã cung cấp các thông tin dữ liệu và cho phép học viên sử dụng
các cơng cụ tính tốn cần thiết trong q trình thực hiện luận văn cao học này.
Xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... x
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Lý do lựa chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 2
3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 2

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn ........................................................... 3
6. Cấu trúc của luận văn .............................................................................................. 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH TỐN VÀ DỰ BÁO
SĨNG TỔ HỢP........................................................................................................... 5
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới ............................................................... 5
1.2. Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam.............................................................. 12
1.3. Kết luận Chƣơng 1 ............................................................................................. 15
CHƢƠNG 2. NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 16
2.1. Thu thập và xử lý số liệu .................................................................................... 16
2.1.1. Số liệu địa hình................................................................................................ 16
2.1.2. Số liệu gió ........................................................................................................ 16


2.1.3. Số liệu sóng .................................................................................................... 16
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 18
2.2.1. Giới thiệu khái qt về mơ hình SWAN ......................................................... 18
2.2.2. Phương pháp tính tốn và đánh giá kết quả dự báo sóng tổ hợp .................. 27
2.3. Kết luận Chƣơng 2 ............................................................................................. 30
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO SÓNG TỔ HỢP CHO KHU
VỰC BIỂN VIỆT NAM ........................................................................................... 31
3.1. Thiết lập mơ hình dự báo sóng tổ hợp ............................................................... 31
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình SWAN .................................................... 32
3.2.1. Hiệu chỉnh mơ hình ......................................................................................... 32
3.2.2. Kiểm nghiệm mơ hình...................................................................................... 36
3.3. Kết quả thử nghiệm dự báo sóng tổ hợp trong bão ............................................ 39
3.4. Đánh giá kết quả dự báo sóng tổ hợp ................................................................. 57
3.5. Kết luận Chƣơng 3 ............................................................................................. 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 66
CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ................................................................................ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 68
PHỤ LỤC 1. Quỹ đạo di chuyển của các cơn bão: Xangsane, Durian, Lekima, ConSon, Pakhar, Son-Tinh, Wutip, Rammasun, Damrey và Usagi ................................ 74
PHỤ LỤC 2. Kết quả dự báo sóng tổ hợp trong bão tại một số điểm trạm .............. 79


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TT

Ý nghĩa

Từ viết tắt

1.

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

2.

BGM

Phƣơng pháp làm giàu tập mẫu (Breeding Grow
Method)

3.

CREST

Mơ hình tính sóng theo phƣơng pháp Ơ le (Coupled
Rays with Eulerian Source Terms).

4.

DIA

Xấp xỉ tƣơng tác rời rạc (Discrete Interaction
Approximation)

5.

ECMWF

Trung tâm Dự báo thời tiết Hạn vừa Châu Âu
(European

Centre

for

Medium-Range

Weather

Forecasts)
6.

EPS

Hệ thống dự báo tổ hợp (Ensemble Prediction System)

7.

GEFS

Hệ thống dự báo tổ hợp tồn cầu (Global Ensemble
Forecast System)

8.

GEOWaFS

Hệ thống dự báo sóng tổ hợp tồn cầu (Global
Ensemble Ocean Wave Forecast System)

9.

GEM

Mơ hình đa quy mơ mơi trƣờng tồn cầu (Global
Environmental Multiscale Model )

10.

GFS

Hệ thống dự báo tồn cầu (Global Forecast System)

11.

GSM

Mơ hình phổ tồn cầu (Global Spectral Model)

12.

HIRLAM

Mơ hình khu vực giới hạn độ phân giải cao (High
Resolution Limited Area Model)

13.

HRM

Mơ hình khu vực phân giải cao (High Resolution
Model)

14.

MAE

Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error)

15.

ME

Sai số trung bình (Mean Error)

16.

MSE

Sai số bình phƣơng trung bình (Mean Square Error)

17.

MRI

Viện nghiên cứu Khí tƣợng Nhật Bản (JMA’s


Meteorological Research Institute - MRI)
18.

NCEP

Trung tâm Dự báo Môi trƣờng Quốc Gia Mỹ
(NationalCenters for Environmental Prediction)

19.

NOAA

Cơ quan Quản lý Đại dƣơng và Khí quyển Quốc gia Mỹ
(National Oceanic and Atmospheric Administration)

20.

NOGAPS

Hệ thống dự báo thời tiết nghiệp vụ toàn cầu của hải
quân Mỹ (Navy Operational Global Atmospheric
Prediction System)

21.

LAPS

Hệ thống phân tích và dự báo khu vực (Local Analysis
and Prediction System)

22.

LEPS

Hệ thống dự báo tổ hợp giới hạn (Limited Ensemble
Prediction System)

23.

JMA

Cơ quan Khí tƣợng Nhật Bản (Japan Meteorological
Agency)

24.

KTTV

Khí tƣợng thủy văn

25.

KMA

Cơ quan Khí tƣợng Hàn Quốc (Korea Meteorological
Agency)

26.

RCPWAVE

Mơ hình tính sóng khu vực ven bờ (Regional Coastal
Processes Numerical Modeling)

27.

RMSE

Sai số bình phƣơng trung bình quân phƣơng (Root
mean square Error)

28.

PAGASA

Cơ quan Quản lý Khí quyển, Địa vật lý và Thiên văn

Philippine (Philippine Atmospheric, Geophysical and
Astronomical ServicesAdministration)

29.

SREPS

Hệ thống dự báo tổ hợp hạn ngắn (Short Range
Ensemble Prediction System)

30.

STWAVE

Mơ hình tính sóng theo phƣơng pháp phổ (STeady-state
spectral WAVE Model)

31.

SuWAT

Mơ hình tích hợp thủy triều, sóng, và nƣớc dâng bão


(Surge Wave and Tide)
32.

TMD

Cơ quan Khí tƣợng Thái Lan (Thailand Meteorological

Deparment)

33.

TOMAWAC

Mơ hình tính tốn sóng ven bờ (Simulating Waves
Nearshore)

34.

UTC

Giờ chuẩn quốc tế (Coordinated Universal Time)

35.

SWAN

Mơ hình tính tốn, dự báo sóng ven bờ (Simulating
WavesNearshore)

36.

WAM

Mơ hình tính tốn sóng ngồi khơi (Wave Action
Model)

37.

WAVEWATCH

Mơ hình tính sóng gió (Wind Wave Model)

38.

WRF

Mơ hình nghiên cứu và dự báo thời tiết (Weather
Research and Forecasting )


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thơng tin dữ liệu sóng thu thập tại các trạm khí tƣợng hải văn ..............17
Bảng 2.2. Thơng tin dữ liệu sóng thu thập tại các trạm phao biển ...........................17
Bảng 2. 3. Thơng tin dữ liệu sóng thu thập tại Bạch Hổ ..........................................18
Bảng 3. 1. Kết quả đánh giá hiệu chỉnh mơ hình tính sóng trong bão .....................36
Bảng 3. 2. Thời gian thực hiện dự báo sóng tổ hợp trong bão .................................40
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá dự báo độ cao sóng trung bình tổ hợp trong bão tại các
điểm trạm với thời hạn dự báo 96 giờ .......................................................................61

DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1. Sơ đồ số trong mơ hình SWAN ............................................................... 25
Hình 3.1. Địa hình và lƣới tính khu vực Biển Đơng .................................................31
Hình 3.2. Sơ đồ vị trí trạm phao biển ........................................................................32
Hình 3.3. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình tính sóng trong gió mùa ...............................33
Hình 3.4. Chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh mơ hình tính sóng trong gió mùa ......34
Hình 3.5. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình tính sóng trong bão Kaemi ..........................35
Hình 3.6. Kết quả kiểm nghiệm mơ hình tính sóng trong gió mùa đơng bắc (tháng

01/2010) ....................................................................................................................37
Hình 3.7. Kết quả kiểm nghiệm mơ hình tính sóng trong gió mùa tây nam (tháng
07/2014) ....................................................................................................................38
Hình 3.8. Kết quả kiểm nghiệm mơ hình tính sóng trong điều kiện thời tiết bình
thƣờng (tháng 09/2015) .............................................................................................38
Hình 3.9. Kết quả đánh giá sai số tính tốn sóng tại Bạch Hổ theo các phƣơng án
kiểm nghiệm mơ hình................................................................................................39


Hình 3.10. Trƣờng độ cao sóng trung bình tổ hợp thời hạn dự báo 96 giờ trong bão
Xangsane (a), Durian (b), Lekima (c), Con-Son (d), Pakhar (e), Son-Tinh (f), Wutip
(g), Rammasun (h), Damrey (i) và Usagi (j) .............................................................42
Hình 3.11. Độ cao sóng trung bình tổ hợp trong bão dự báo tại một số thời điểm (a):
Xangsane (07h ngày 30/09/2006), (b): Durian (07h ngày 03/12/2006), (c): Lekima
(07h ngày 02/10/2007), (d): Con-Son (07h ngày 16/07/2010), (e): Pakhar (07h ngày
31/03/2012), (f): Son-Tinh (07h ngày 27/10/2012), (g): Wutip (07h ngày
29/09/2013), (h): Rammasun (07h ngày 18/07/2014), (i): Damrey (07h ngày
04/11/2017 và 07h ngày 05/11/2017) và (j): Usagi (07h ngày 24/11/2018 và 07h
ngày 25/11/2018) ......................................................................................................44
Hình 3.12. Phân bố xác suất độ cao sóng 3m và 5m trong bão Xangsane (a),
Durian (b), Lekima (c), Con-Son (d), Pakhar (e), Son-Tinh (f), Wutip (g),
Rammasun (h) và Damrey (i) ....................................................................................47
Hình 3.13. Phân bố xác suất độ cao sóng 1m trong bão Wutip (a) và Rammasun
(b) ..............................................................................................................................48
Hình 3.14. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Xangsane (2006) tại Bạch Long
Vỹ, Sơn Trà và Quy Nhơn ........................................................................................49
Hình 3.15. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Durian (2006) tại Bạch Long Vỹ,
Sơn Trà và Phú Quý ..................................................................................................50
Hình 3.16. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Lekima (2007) tại Cồn Cỏ, Lý
Sơn, Phú Quý và Phú Quốc .......................................................................................51

Hình 3.17. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Pakhar (2012) tại Cồn Cỏ, Sơn
Trà và Phú Quốc........................................................................................................52
Hình 3.18. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Son-Tinh (2012) tại Bạch Long
Vỹ ..............................................................................................................................53
Hình 3.19. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Rammasun (2014) tại Bạch Long
Vỹ ..............................................................................................................................53


Hình 3.20. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Damrey (2017) tại Quy Nhơn....54
Hình 3.21. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Usagi (2018) tại Cồn Cỏ và
Trƣờng Sa ..................................................................................................................54
Hình 3.22. Biểu đồ dự báo sóng tổ hợp trong bão Con-Son (2010) tại Bạch Long
Vỹ, Hòn Ngƣ, Cồn Cỏ và Lý Sơn .............................................................................55
Hình 3.23. Trƣờng độ cao sóng cực đại tổ hợp với thời hạn dự báo 96 giờ trong bão
Xangsane (a), Durian (b), Lekima (c), Con-Son (d), Pakhar (e), Son-Tinh (f), Wutip
(g), Rammasun (h), Damrey (i) và Usagi (j) .............................................................57
Hình 3.24. So sánh trƣờng độ cao sóng trung bình tổ hợp dự báo và độ cao sóng
quan trắc bằng vệ trong bão Damrey ........................................................................60
Hình 3.25. Kết quả đánh giá dự báo sóng tổ hợp trong bão theo chỉ số ME ............62
Hình 3.26. Kết quả đánh giá dự báo sóng tổ hợp trong bão theo chỉ số MAE .........63
Hình 3.27. Kết quả đánh giá dự báo sóng tổ hợp trong bão theo chỉ số RMSE .......63
Hình 3.28. Kết quả đánh giá dự báo sóng tổ hợp trong bão theo các hạn dự báo khác
nhau (24 giờ, 48 giờ, 72 giờ và 96 giờ) theo chỉ số RMSE ......................................64


MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài
Trong nhiều hoạt động trên biển, sóng biển là một trong các yếu tố động lực
quan trọng nhất. Tại Việt Nam, nghiên cứu tính tốn và hƣớng tới xây dựng cơng

nghệ dự báo nghiệp vụ sóng biển đã đƣợc thực hiện từ lâu thông qua nhiều đề tài
nghiên cứu hoặc dự án khác nhau. Hƣớng nghiên cứu dự báo sóng biển bằng mơ
hình số đã có những tiến bộ vƣợt bậc hơn do tiếp thu công nghệ và nghiên cứu, khai
thác các mô hình tính tốn, dự báo sóng mã nguồn mở.
Đối với ngành công nghiệp hàng hải và hoạt động đánh bắt hải sản, ln cần
phải có những thơng tin dự báo xác suất để tránh gặp phải một số hiện tƣợng thời
tiết cực đoan hoặc độ cao sóng đƣợc coi là nguy hiểm. Trong điều kiện có bão, áp
thấp nhiệt đới hoặc gió mùa hoạt động mạnh, nếu khơng có đƣợc những thơng tin
dự báo sóng biển một cách chính xác thì rủi ro về ngƣời và thiệt hại tiềm tàng về
kinh tế là rất lớn. Thông tin dự báo xác suất độ cao sóng khơng có sẵn khi chỉ sử
dụng một mơ hình dự báo sóng với một trƣờng khí tƣợng đầu vào. Tuy nhiên, khi
sử dụng hệ thống dự báo sóng tổ hợp chúng ta có thể đƣa ra những thông tin dự báo
xác suất ứng với các mức độ cao sóng khác nhau, ngay cả những xác suất nhỏ của
độ cao sóng đặc biệt lớn sẽ rất hữu ích và cần phải lƣu ý trong dự báo nghiệp vụ.
Phƣơng pháp dự báo tổ hợp đã đƣợc áp dụng trong dự báo khí tƣợng và hải
dƣơng từ khá lâu. Edward Lorenz (1963, 1965) đã chỉ ra những hạn chế trong kỹ
năng dự báo của mơ hình số dự báo khí tƣợng, hải văn và độ nhạy của các kết qủa
dự báo liên quan đến độ chính xác trong các trƣờng ban đầu. Với mục đích giảm
thiểu sai số, phƣơng pháp dự báo tổ hợp đƣợc áp dụng để nắm bắt đƣợc các nguồn
bất định. Các phƣơng pháp tạo ra các hệ thống dự báo tổ hợp về cơ bản là tạo ra các
thành phần dự báo tổ hợp khác nhau và hệ thống tổ hợp từ các thành phần này có
khả năng bao phủ đƣợc tối đa nghiệm thực tế có thể xảy ra.

1


Với những phân tích ở trên có thể thấy việc sử dụng phƣơng pháp dự báo tổ
hợp đang ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi tại nhiều trung tâm dự báo thời tiết, khí
tƣợng hải văn trên thế giới do bởi tính ƣu việt của phƣơng pháp trong phục vụ dự
báo nghiệp vụ. Trong lĩnh vực hải văn, dự báo sóng theo phƣơng pháp tổ hợp chƣa

đƣợc thực hiện tại Việt Nam. Xuất phát từ những lý do trên, việc lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo sóng tổ hợp cho khu vực biển Việt
Nam” sẽ góp phần nâng cao hiệu quả cơng tác dự báo nghiệp vụ sóng biển hiện nay
ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng đƣợc cơng nghệ dự báo sóng tổ hợp cho khu vực biển Việt Nam phục vụ
phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.
3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về tính tốn sóng và dự báo sóng biển, phƣơng pháp dự báo tổ
hợp trong lĩnh vực dự báo khí tƣợng thủy văn, hải văn trên thế giới; ứng dụng phƣơng pháp
dự báo sóng tổ hợp cho Việt Nam.
Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mơ hình sóng SWAN tính sóng trong điều kiện thời tiết
bình thƣờng, tính sóng trong gió mùa và tính sóng trong bão.
Xây dựng bộ chƣơng trình phân tích, xử lý thống kê sau mơ hình (tính tốn
độ cao sóng trung bình, cực đại và xác suất độ xuất hiện cao sóng với các ngƣỡng
độ cao sóng khác nhau từ kết quả dự báo sóng tổ hợp, hỗ trợ hiển thị kết quả dự báo
sóng tổ hợp và đánh giá kết quả dự báo sóng tổ hợp).
Thử nghiệm mơ hình SWAN dự báo sóng tổ hợp trong bão với trƣờng gió đầu vào
từ hệ thống dự báo tổ hợp 50 thành phần của Trung tâm Dự báo thời tiết Hạn vừa Châu Âu
(ECMFW).
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Trong luận văn này, đối tƣợng nghiên cứu là sóng
biển.

2


Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi không gian nghiên cứu của luận văn là khu
vực Biển Đông, vùng biển khu vực quần đảo Hoàng Sa và Trƣờng Sa và chi tiết cho
vùng biển Việt Nam.

Phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng mơ hình SWAN với nhiều
phƣơng án về trƣờng khí tƣợng đầu vào để đƣa ra kết quả dự báo sóng tổ hợp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận văn là xây dựng cơng nghệ dự báo sóng
tổ hợp dựa trên mơ hình SWAN.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của luận văn đƣợc áp dụng thử nghiệm trong dự
báo nghiệp vụ sóng tổ hợp tại Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia nhằm góp phần
nâng cao chất lƣợng dự báo sóng cho khu vực biển Việt Nam.
6. Cấu trúc của luận văn
Ngoài lời cam đoan, lời cảm ơn, danh sách các từ viết tắt, bảng biểu, hình vẽ,
mục lục, tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn bao gồm:
Chƣơng 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu tính tốn và dự báo sóng
tổ hợp: Trong chƣơng này trình bày tổng quan các nghiên cứu về tính tốn, dự báo
sóng biển trên thế giới và việc nghiên cứu, ứng dụng phƣơng pháp dự báo tổ hợp
trong dự báo sóng ở Việt Nam.
Chƣơng 2: Nguồn số liệu và phƣơng pháp nghiên cứu: Trình bày khái quát
về các nguồn số liệu đã đƣợc thu thập và xử lý nhằm phục vụ cho mục tiêu nghiên
cứu của luận văn. Phƣơng pháp nghiên cứu là sử dụng mơ hình SWAN với trƣờng
gió đầu vào từ hệ thống dự báo tổ hợp 50 thành phần của ECMWF để đƣa ra các
sản phẩm dự báo sóng tổ hợp. Các chỉ số ME, MAE, MSE và RMSE sẽ đƣợc sử
dụng để đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình SWAN trong tính
tốn sóng trong bão, tính tốn trong gió mùa và tính sóng trong điều kiện thời tiết
ổn định.

3


Chƣơng 3: Xây dựng cơng nghệ dự báo sóng tổ hợp cho khu vực biển Việt
Nam: Trình bày về việc thiết lập miền tính, lƣới tính, điều kiện biên cho mơ hình
SWAN cũng nhƣ một số kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mơ hình. Dữ liệu sóng để

hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mơ hình là số liệu quan trắc từng giờ tại 03 trạm phao biển
thuộc dự án “Trạm phao và cảnh báo bão” do Trung tâm KTTV biển (nay là Trung
tâm Hải văn - Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam) chủ trì thực hiện và số liệu sóng
tại giàn khoan Bạch Hổ của Vietsovptro với bƣớc thời gian quan trắc 01 giờ/số liệu.
Nhằm triển khai ứng dụng trong nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia,
các bƣớc vận hành hệ thống dự báo sóng tổ hợp cho khu vực Biển Đông và vùng
biển ven bờ Việt Nam đã đƣợc xây dựng. Một số kết quả thử nghiệm mơ hình
SWAN dự báo sóng tổ hợp trong bão cũng đã đƣợc thực hiện. Kết quả dự báo sóng
với từng thành phần gió tham gia tổ hợp và độ cao sóng trung bình tổ hợp đƣợc so
sánh với dữ liệu sóng quan trắc để có những phân tích, đánh giá về độ tin cậy của
kết quả dự báo sóng tổ hợp.
Kết luận - Kiến nghị:
Tóm tắt lại các kết quả chính đã đạt đƣợc trong luận văn, trình bày các điểm
mới, các nội dung còn tồn tại trong luận văn nhằm kiến nghị về khả năng áp dụng
các kết quả của luận văn trong thực tế cần tiếp tục đƣợc triển khai và nghiên cứu.

4


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH TỐN
VÀ DỰ BÁO SÓNG TỔ HỢP
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới
Sóng biển là một trong các yếu tố hải văn đƣợc quan tâm bậc nhất đối các
hoạt động kinh tế xã hội khu vực ven biển và giao thơng hàng hải. Chính vì vậy mà
các bản tin cảnh báo, dự báo sóng biển ln đƣợc quan tâm khơng chỉ trong những
thời điểm có thời tiết nguy hiểm trên biển (bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa mạnh...)
mà hàng ngày phục vụ cho công tác lập kế hoạch cho các hoạt động trên biển. Do
đó, sóng biển đã đƣợc nghiên cứu trên nhiều phƣơng diện khác nhau.
Nghiên cứu ban đầu về sự phát triển của sóng gió đƣợc thực hiện bởi Jeffres
từ năm 1924. Theo tác giả, gió thổi trên bề mặt biển, đại dƣơng là do sự chênh lệch

áp suất và là nguyên nhân tạo ra sóng. Tuy nhiên, những kết quả thí nghiệm cho
thấy sự chênh lệch áp suất là quá nhỏ đối với tốc độ phát triển của sóng gió và sự
khuếch đại sóng do gió chƣa thể đƣợc giải thích một cách rõ ràng [35, 36].
Nghiên cứu của Philips (1957, 1958) và Miles (1957) đã góp phần làm rõ
hơn lý thuyết sóng gió. Tác giả Philips và Miles cho rằng sóng đƣợc tạo ra là do
hiện tƣợng cộng hƣởng của sự biến đổi áp suất do chênh lệch mật độ giữa khơng
khí - nƣớc và sóng trên bề mặt tự do. Tuy nhiên các cách tiếp cận này đều bỏ qua
các tƣơng hiệu ứng tƣơng tác phi tuyến [43, 44, 37].
Các nghiên cứu sóng gió dựa trên các số liệu quan trắc của Dobson (1971),
Snyder (1974), Snyder và nnk (1981), Hasselmann và Bosenberg (1991) cho thấy
sự phù hợp với những nhận định của Miles (1957) nhƣng giá trị thực đo thƣờng cao
hơn theo cách tính của Miles (1957), [27, 47, 48, 31].
Theo nghiên cứu của Miles (1957) về q trình hình thành sóng gió có liên
quan đến ứng suất Reynolds, sự phát triển của sóng bị tác động bởi lớp xáo trộn
giữa khí quyển và bề mặt nƣớc. Năng lƣợng đƣợc truyền từ gió sang sóng là bị ảnh
hƣởng lớn bởi các xáo trộn rối của khí quyển [37]. Những nghiên cứu tiếp theo của

5


Miles (1962) cho rằng dịng xiết trong lớp khơng khí trên bề mặt biển cũng là
nguyên nhân trong quá trình phát triển của sóng [38].
Tác giả Sverdrup và Munk (1947) đã nghiên cứu sóng biển theo hƣớng thực
nghiệm dựa trên mối quan hệ giữa các đặc trƣng của gió và sóng, độ cao sóng đƣợc
coi nhƣ là hàm số của tốc độ gió và đà gió [46].
Nghiên cứu của Chalikop và Makin (1991), Chalikop và Belevich (1993) đã
xem xét ảnh hƣởng trực tiếp của những nhiễu động của khí quyển quy mơ nhỏ tới
sự phát triển của sóng [22, 23].
Cơ sở lý thuyết về sự tƣơng tác giữa gió và sóng đƣợc thực hiện bởi
Fabrikant (1976) và Janssen (1982). Theo Janssen (1982) thì ứng suất sóng có liên

quan chặt chẽ đến độ nhám của bề mặt biển. Trạng thái mặt biển sẽ phụ thuộc vào
sự chuyển đổi động lƣợng của gió đến sự phát triển của sóng và kết quả này đã giúp
cho việc cải tiến chất lƣợng dự báo gió và sóng biển [32].
Kết quả nghiên cứu của Nikolayeva và Tsimring (1986) đã chỉ ra rằng gió
giật có ảnh hƣởng đến sự phát triển của sóng, độ cao sóng tăng lên đáng kể khi tốc
độ pha của sóng trùng với tốc độ gió ở độ cao 10m. Tuy nhiên trong thực tế để định
lƣợng hóa gió giật của trƣờng gió đầu vào cho hệ thống dự báo sóng sẽ gặp nhiều
khó khăn [40].
Phƣơng pháp phân tích phổ sóng đƣợc sử dụng để mơ phỏng sóng biển dựa
trên việc chồng chập một số sóng điều hịa ngẫu nhiên đƣợc Pierson, Neumann và
James nghiên cứu từ năm 1955 [45]. Sự hình thành phổ sóng có liên quan chặt chẽ
đến sự tƣơng tác sóng - sóng phi tuyến đƣợc Hasselmann đƣa ra vào năm 1962 và
tiếp tục đƣợc nghiên cứu trong các cơng trình của Hasselmann (1981). Tuy nhiên,
các nghiên cứu này khơng đƣợc chi tiết hóa do các tác giả chỉ sử dụng các khái
niệm và biểu thức đơn giản hóa để mơ tả tƣơng tác sóng - sóng phi tuyến [29].
Sự tƣơng tác sóng - sóng phi tuyến cho vùng nƣớc sâu đƣợc thực hiện bởi
Polnikov (1989, 1990) và đƣợc nghiên cứu bằng mơ hình số. Những nghiên cứu gần

6


đây của Janssen (2003) cho thấy tƣơng tác sóng bậc 4 đóng một vai trị quan trọng
trong bài tốn dự báo sóng [33].
Để xấp xỉ tƣơng tác sóng - sóng phi tuyến, Hasselmann (1985) đã phát triển
thuật toán xấp xỉ tƣơng tác rời rạc (DIA) cho phép tìm đƣợc nghiệm của phƣơng
trình cân bằng năng lƣợng sóng mà khơng cần áp đặt bất kỳ hình thức dạng phổ
thực nghiệm nào vào phổ năng lƣợng sóng [30]. Sự ra đời của thuật toán xấp xỉ rời
rạc là cơ sở để phát triển các mơ hình dự báo sóng thế hệ III mã nguồn mở nhƣ
WAM [52], WAVEWATCH [50], TOMAWAC [25], SWAN [49] và CREST [20].
Thuật toán DIA ban đầu đƣợc phát triển cho mơ hình dự báo sóng nƣớc sâu, mơ

hình WAM. Tuy nhiên, phép xấp xỉ rời rạc gặp khó khăn trong việc dự báo sóng
trong vùng nƣớc nơng. Để áp dụng cho vùng nƣớc nông, phƣơng pháp xấp xỉ LTA
đƣợc đề xuất bởi Eldeberky (1996) bằng cách xem xét đến các phổ sóng riêng lẻ,
kết quả nghiên cứu này đã góp phần nâng cao chất lƣợng mơ hình dự báo sóng ven
bờ SWAN.
Cùng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ trong những năm qua cũng
góp phần rất lớn vào sự phát triển của các mơ hình sóng. Các mơ hình sóng mã
nguồn mở thế hệ III đã đƣợc cải tiến nhằm mơ phỏng trƣờng sóng dƣới các điều
kiện thời tiết khác nhau. Các mơ hình sóng đƣợc sử dụng trong nghiệp vụ dự báo
sóng hàng ngày đồng thời cũng đƣợc sử dụng để tái phân tích trƣờng sóng theo các
số liệu trƣờng gió tái phân tích và lập thành các bộ số liệu cho phép tính tốn chế độ
sóng vùng biển ngồi khơi và ven bờ.
Nhƣ vậy, trong nghiên cứu tính tốn, dự báo sóng biển, đóng góp lớn nhất và
hiệu quả nhất là việc ứng dụng công nghệ hiện đại để giải bằng phƣơng pháp số các
bài tốn động lực sóng biển và quản lý dữ liệu vào ra. Ngày nay đó là phƣơng pháp
đƣợc đánh giá là hiệu quả, tin cậy và ổn định. Phƣơng pháp số đã thay thế phƣơng
pháp Synnop và phƣơng pháp kinh nghiệm trong dự báo sóng biển. Chính vì thế,
phƣơng pháp mơ hình số trong dự báo sóng biển đang đƣợc sử dụng phổ biến ở
nhiều nƣớc trên thế giới.

7


Trung tâm Dự báo Môi trƣờng Quốc gia (NCEP), Mỹ đã xây dựng hệ thống
dự báo sóng tổ hợp cho toàn cầu (GEOWaFS) và đƣợc thực hiện từ tháng 4/2004.
Hệ thống dự báo sóng tổ hợp GEOWaFS sử dụng mơ hình WAVEWATCH-III
đƣợc thiết lập với độ phân giải khơng gian 1o x 1o, thời hạn dự báo 126 giờ với
trƣờng gió đầu vào 11 thành phần lấy từ mơ hình GFS đƣợc cập nhật 4 lần/ngày.
Kết quả đánh giá cho thấy hệ thống GEOWaFS đƣa ra kết quả dự báo sóng trung
bình tổ hợp hợp lý và sát thực tế hơn so với dự báo sóng chỉ sử dụng trƣờng gió đầu

vào đơn lẻ [26]. Tuy nhiên, hệ thống GEOWaFS vẫn sử dụng điều kiện biên giống
nhau đối với tất cả các thành phần tham gia tổ hợp. Từ tháng 6/2008, hệ thống dự
báo sóng tổ hợp tại NCEP đƣợc cập nhật, mơ hình sóng WAVEWATCH-III đƣợc
thiết lập với phƣơng pháp đa lƣới tính có tính năng lồng hai chiều, tính đến hiệu
ứng nƣớc nơng nhƣng khơng cập nhật q trình vật lý cho mơ hình sóng nƣớc sâu,
nâng thời hạn dự báo lên đến 240 giờ, trƣờng gió đầu vào cho mơ hình sóng gồm 20
thành phần đƣợc sử dụng công nghệ biến đổi tổ hợp. Kết quả dự báo sóng tổ hợp
khi so sánh với số liệu quan trắc sóng tại các trạm phao cho kết quả tốt hơn nhiều so
với dự báo tất định (chỉ số BIAS dao động từ -0,1m đến +0,1m) [25]. Từ ngày 23
tháng 9 năm 2020, hệ thống dự báo sóng tổ hợp của NCEP đã đƣợc cập nhật mới.
Mơ hình sóng đƣợc sử dụng là WAVEWATCH-III đƣợc cập nhật phiên bản mới
nhất WAVEWATCH-III Version: 6.07.1. Mơ hình sóng WAVEWATCH-III đƣợc
tích hợp với hệ thống dự báo tổ hợp khí tƣợng quy mơ toàn cầu 30 thành phần, nâng
bƣớc thời gian dự báo từ 03 giờ thành 01 giờ. Mơ hình sóng WAVEWATCH-III
chạy trên lƣới có độ phân giải khơng gian 0,25o x 0,25o, cập nhật 04 lần/ngày với
thời hạn dự báo 384 giờ (16 ngày) [64].
Trung tâm Môi trƣờng Canada sử dụng mơ hình WAM đƣợc thiết kế cho 05
khu vực khác nhau với thời hạn dự báo 48 giờ và 120 giờ. Dự báo thời hạn 48 giờ
đƣợc thiết lập cho khu vực Bắc Cực và Đại Tây Dƣơng với trƣờng gió đầu vào từ
mơ hình khu vực, hàng ngày cập nhật 4 lần vào 00UTC, 06UTC, 12UTC và 18UTC
(giờ quốc tế). Dự báo sóng với thời hạn 120 giờ đƣợc thiết lập cho khu vực Thái

8


Bình Dƣơng một phần của Bắc Cực và Đại Tây Dƣơng với trƣờng gió từ mơ hình
tồn cầu và hàng ngày cập nhật lúc 00UTC và 12UTC [57].
Trung tâm Dự báo thời tiết Hạn vừa Châu Âu (ECMWF) bắt đầu dự báo tổ
hợp thời tiết thời hạn 10 ngày từ năm 1980 [21]. Hệ thống dự báo tổ hợp cả gió và
sóng đƣợc thực hiện từ năm 1998. Mơ hình sóng thành phần trong hệ thống dự báo

sóng tổ hợp tại ECMWF là mơ hình WAM. Mơ hình WAM đƣợc đƣa vào dự báo
nghiệp vụ tại ECMWF vào tháng 11 năm 1991 kết hợp với phƣơng pháp đồng hoá
số liệu 4DVar và các số liệu quan trắc từ vệ tinh để tính tốn tái phân tích trƣờng
sóng và cung cấp trƣờng dự báo sóng tồn cầu và khu vực. Hệ thống dự báo sóng tổ
hợp tại ECMWF có độ phân giải 1,5o x 1,5o và khơng tính đến hiệu ứng nƣớc nơng.
Kể từ khi triển khai dự báo sóng tổ hợp đến nay, hệ thống dự báo sóng tổ hợp tại
ECMWF đã có nhiều thay đổi và cải tiến. Cải tiến lớn của hệ thống dự báo sóng tổ
hợp tại ECMWF đƣợc thực hiện vào tháng 6 năm 1998, khi hệ thống mơ hình tích
hợp dự báo hồn lƣu - khí quyển - sóng đi vào hoạt động. Phiên bản hiện tại của hệ
thống dự báo sóng tổ hợp có độ phân giải theo khơng gian 0,25o x 0,25o, có tính đến
hiệu ứng nƣớc nơng với 50 thành phần gió tham gia tổ hợp và thời hạn dự báo sóng
lên đến 360 giờ (15 ngày). Các kết quả dự báo sóng tổ hợp của ECMWF đã đƣợc so
sánh với dữ liệu quan trắc sóng tại các trạm phao và số liệu sóng quan trắc bằng vệ
tinh để đánh giá kỹ năng và độ tin cậy của dự báo sóng tổ hợp. Mức độ tin cậy của
các dự báo xác suất độ cao sóng đƣợc kiểm tra bằng cách phân tích biểu đồ tin cậy
cho các ngƣỡng của độ cao sóng khác nhau. Sai số bình phƣơng trung bình có xu
hƣớng tăng theo thời hạn dự báo. Sai số bình phƣơng trung bình tƣơng ứng với thời
hạn dự báo 3 ngày là 0,5m và khoảng 1,25m với thời hạn dự báo 10 ngày [21, 58].
Viện Khí tƣợng Na Uy sử dụng mơ hình WAM với độ phân giải 50km, 10km
và 4km để dự báo sóng nghiệp vụ [42]. Mơ hình WAM với độ phân giải 50km và
10km đều sử dụng trƣờng gió từ mơ hình HIRLAM với độ phân giải 12km (cho mơ
hình WAM 50km) và 8km (cho mơ hình WAM 10km). Mơ hình WAM đƣợc cập
nhật 4 lần/ngày đối với lƣới tính 50km và 2 lần/ngày với lƣới tính 10km. Mơ hình
WAM chạy trên lƣới phân giải cao 4km đƣợc cập nhật 2 lần/ngày với trƣờng gió

9


đầu vào từ sản phẩm dự báo của mơ hình dự báo khí tƣợng phi thủy tĩnh đƣợc phát
triển bởi Cơ quan Khí tƣợng Anh. Hệ thống dự báo sóng tổ hợp cho khu vực biển

Bắc và vùng biển của Na Uy đƣợc đƣa vào vận hành nghiệp vụ từ tháng 2 năm
2005 với thời hạn dự báo 60 giờ và 21 thành phần gió tham gia tổ hợp. Đến năm
2008, dự báo sóng tổ hợp tại Viện Khí tƣợng Na Uy sử dụng mơ hình WAM đƣợc
thiết kế với lƣới tính có độ phân giải cao cho phép nâng cao chất lƣợng dự báo
sóng, nhất là đối với khu vực ven biển và khu vực có địa hình phức tạp. Trƣờng gió
đầu vào cho mơ hình sóng WAM là sản phẩm dự báo từ hệ thống dự báo khí tƣợng
tổ hợp quy mô khu vực. Kết quả đánh giá dự báo sóng tổ hợp với số liệu quan trắc
cho thấy sai số dự báo đƣợc cải thiện rất đáng kể khi sử dụng sản phẩm dự báo là
trung bình tổ hợp. Gần đây Viện Khí tƣợng Na Uy sử dụng mơ hình
WAVEWATCH-III phiên bản 4.18 để dự báo sóng tổ hợp với trƣờng gió đầu vào là
sản phẩm dự báo của ECMWF [41].
Cơ quan Khí tƣợng Úc sử dụng mơ hình WAVEWATCH-III trong dự báo
nghiệp vụ sóng biển. Mơ hình WAVEWATCH-III tại Cơ quan Khí tƣợng Úc sử
dụng là phiên bản 4.18 và lƣới tính có độ phân giải 0,25o x 0,25o [55].
Cơ quan Khí tƣợng Nhật Bản (JMA) đã triển khai thực hiện dự báo sóng tổ
hợp từ tháng 6 năm 2016 với mơ hình dự báo sóng MRI-III do Viện nghiên cứu Khí
tƣợng Nhật Bản (MRI) xây dựng, đƣợc thiết lập cho các lƣới tính có độ phân giải
khác nhau: Lƣới tính sóng quy mơ tồn cầu có độ phân giải 0,5o x 0,5o, thời hạn dự
báo 264 giờ và cập nhật 4 lần/ngày; lƣới tính sóng ven bờ có độ phân giải 0,05o x
0,05o, thời hạn dự báo 132 giờ và cập nhật 4 lần/ngày. Hệ thống dự báo sóng tổ hợp
tại JMA đƣợc vận hành để dự báo sóng cho khu vực biển Nhật Bản và Tây Bắc
Thái Bình Dƣơng với bƣớc lƣới 0,5o x 0,5o và thời gian dự báo 132 giờ, sử dụng 27
thành phần gió đầu vào. Trƣờng gió thành phần cho mơ hình dự báo sóng tổ hợp
đƣợc sử dụng là sản phẩm dự báo của hệ thống dự báo khí tƣợng tổ hợp quy mơ
tồn cầu với độ phân giải lƣới 40km x 40km. Các sản phẩm dự báo sóng tổ hợp của
JMA bao gồm: Trƣờng sóng trung bình, sóng có nghĩa, sóng lớn nhất, phân bố xác
xuất xuất hiện các ngƣỡng độ cao sóng. Trong hệ thống dự báo sóng tổ hợp tại

10

JMA, trƣờng điều kiện ban đầu đã đƣợc đồng hóa [39]. Ngồi ra, JMA cũng sử
dụng mơ hình WAM dự báo sóng cho khu vực ngồi khơi có độ phân giải lƣới là
1,0o x 1,0o với thời hạn dự báo là 33 giờ, sử dụng trƣờng gió đầu vào là sản phẩm
dự báo từ mơ hình khí tƣợng quy mơ khu vực MSM, độ phân giải 5km [60].
Trung tâm Dự báo Môi trƣờng biển Quốc gia Trung Quốc (NMEFC) sử dụng
mơ hình SWAN dự báo sóng và đƣợc thiết lập theo 03 thời hạn dự báo: cực ngắn
(dƣới 24 giờ), hạn ngắn (60 giờ) và hạn vừa (240 giờ) [57].
Dự báo thời tiết bằng mơ hình số đƣợc thực hiện tại Cơ quan Khí tƣợng Hàn
Quốc (KMA) từ 1992. KMA sử dụng mơ hình WAM đƣợc thiết lập với độ phân
giải 0,25o x 0,25o dự báo sóng cho khu vực Đơng Bắc Châu Á và dự báo sóng quy
mơ tồn cầu với độ phân giải 1,25o x 1,25o. Năm 2005 hệ thống dự báo sóng tại
KMA đƣợc vận hành trên siêu máy tính CRAY X1E với 128 node. Hiện nay, KMA
dự báo sóng cho khu vực ven bờ của Hàn Quốc với lƣới tính chi tiết có độ phân giải
1km x 1km [61].
Trung tâm Quốc gia về Dịch vụ Thông tin Đại dƣơng của Ấn Độ (Indian
National Center for Ocean Information Services) sử dụng mơ hình WAVEWATCH
III để dự báo sóng cho khu vực Ấn Độ Dƣơng với các dữ liệu trƣờng gió đầu vào sử
dụng sản phẩm dự báo của ECMWF [53, 63].
Trung tâm Khí tƣợng biển của Thái Lan (TMD) cũng xây dựng cơng nghệ
dự báo sóng dựa trên mơ hình WAM đƣợc thiết lập dự báo sóng cho tồn Biển
Đơng trên lƣới tính độ phân giải 0,5o x 0,5o và dự báo sóng cho khu vực vịnh Thái
Lan, vịnh Bengal trên lƣới tính có độ phân giải 0,25o x 0,25o. Để dự báo sóng chi
tiết cho khu vực ven biển Thái Lan, TMD đã thiết lập lƣới tính cho mơ hình WAM
với độ phân giải 1/12o x 1/12o [62].
Trung tâm Thời tiết Đài Loan sử dụng mô hình WAVEWATCH III và
SWAN để dự báo sóng khu vực ven biển Đài Loan với bƣớc thời gian dự báo là 3
giờ và khoảng thời gian dự báo là 72 giờ [57]. Hệ thống dự báo sóng tổ hợp với
trƣờng gió đầu vào là sản phẩm dự báo của 04 mơ hình dự báo thời tiết: NCEP,

11


JMA, NFS, và WRF. Kết quả phân tích dự báo sóng trong nhiều cơn bão cho thấy,
độ phân tán của quan trắc luôn nằm trong diện của tổ hợp trung bình cộng hoặc trừ
độ lệch chuẩn [13].
1.2. Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các nghiên cứu tính tốn, dự báo sóng biển bằng mơ hình số
cũng đã đƣợc đặt ra từ lâu và đạt đƣợc nhiều thành tựu đáng kể. Với mục tiêu chung
là cùng nghiên cứu phát triển các mơ hình số dự báo thời tiết, hải văn phục vụ cơng
tác phịng chống, giảm nhẹ thiên tai nên việc khai thác các mơ hình dự báo sóng mã
nguồn mở trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, sự đầu tƣ của các cơ quan trong nƣớc
về hệ thống máy tính hiện đại mà khoảng cách về cơng nghệ dự báo khí tƣợng thủy
văn nói chung và dự báo sóng nói riêng tại Việt Nam và các nƣớc trên thế giới cũng
đƣợc rút ngắn. Các mô hình số trị dự báo sóng thế hệ III đƣợc nhiều cơ quan, đơn
vị, trƣờng đại học, viện nghiên cứu trong nƣớc áp dụng, điển hình nhƣ:
Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng (1981) đã bắt đầu thử nghiệm phƣơng pháp
Abuziarov để tính tốn trƣờng sóng ở Biển Đơng bằng mơ hình số. Nguyễn Mạnh
Hùng (1992) xây dựng mơ hình tính sóng trên cơ sở giải phƣơng trình cân bằng
năng lƣợng sóng dạng phổ và áp dụng để tính tốn trƣờng sóng trong bão trên khu
vực Biển Đơng [8]. Các mơ hình thƣờng đƣợc sử dụng tính sóng tại Viện Cơ học có
thể kể đến nhƣ RCPWAVE, STWAVE, WAM, WAVEWATCH-III và SWAN.
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội [8, 9, 17, 18,
19] đã nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ dự báo ngắn hạn trƣờng các
yếu tố thuỷ văn biển khu vực Biển Đông với thời gian dự báo là 72 giờ trong đó đã
áp dụng mơ hình WAM, WAVEWATCH-III, SWAN, STWAVE, WABED vào dự
báo sóng ở Biển Đơng và khu vực ven biển Việt Nam.
Viện Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu [54] sử dụng mơ hình SWAN
để dự báo sóng cho khu vực Biển Đơng và ven biển Việt Nam. Sản phẩm dự báo
đƣợc cập nhật trên website của Viện KTTV và Biến đổi khí hậu với tần suất cập

nhật 01 bản tin/ngày.

12


Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam [12] đã sử dụng mơ hình SWAN và mơ
hình STWAVE để xác định chiều cao sóng trong tính tốn thiết kế đê biển từ Quảng
Ninh đến Quảng Nam.
Đài Khí tƣợng Thuỷ văn khu vực Nam Bộ [13] đã xây dựng phần mềm dự
báo sóng VINAWAVE cho khu vực biển Nam Bộ dựa trên các mơ hình WAM,
SWAN, STWAVE, RCPWAVE.
Trung tâm Hải văn [15] đã sử dụng mơ hình WAM để dự báo sóng ngồi
khơi, mơ hình SWAN để dự báo sóng ven biển.
Trung tâm Dự báo khí tƣợng thuỷ văn quốc gia đã sử dụng mơ hình SWAN
dự báo sóng cho khu vực vịnh Bắc Bộ [16] và ứng dụng mơ hình SWAN tính tốn
sóng cho khu vực Biển Đơng và ven biển Việt Nam có tính đến ảnh hƣởng của thủy
triều, nƣớc dâng và độ phân giải của lƣới tính [14]. Mơ hình SWAN hiện nay chạy
nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia đƣợc thiết kế lƣới hai lƣới tính có
độ phân giải 8km và 4km với thời hạn dự báo 10 ngày và cập nhật 02 lần/ngày [55].
Đối với dự báo khí tƣợng, dự báo tổ hợp đã đƣợc thực hiện trong vòng gần
20 năm trở lại đây nhƣ các nghiên cứu của Nguyễn Chi Mai và nnk (2002, 2004),
Võ Văn Hòa và nnk (2006), những nghiên cứu này phần lớn tập trung dự báo tổ hợp
xoáy thuận nhiệt đới [1, 2, 3, 4, 5, 6].
Võ Văn Hòa và cộng sự (2008) đã nghiên cứu phát triển một hệ thống dự báo
tổ hợp cho một số trƣờng khí tƣợng quy mô synốp. Trong nghiên cứu này, dự báo tổ
hợp dựa trên các sản phẩm của 04 mơ hình tồn cầu (GME, GSM, UM, GFS) và mơ
hình khu vực (LAPS). Trong đó các phƣơng pháp dự báo tổ hợp đƣợc sử dụng bao
gồm trung bình đơn giản và trung bình có loại bỏ sai số hệ thống [7].
Trong đề tài nghiên cứu cấp nhà nƣớc, Trần Tân Tiến (2014) đã ứng dụng
phƣơng pháp dự báo tổ hợp trên cơ sở của 5 mơ hình số để xây dựng quy trình dự

báo quỹ đạo và cƣờng độ bão trên khu vực Tây Thái Bình Dƣơng và Biển Đơng với
thời hạn dự báo 5 ngày [19].

13