Luận văn thạc sĩ ứng dụng kỹ thuật xạ trị điều biến liều IMRT bằng hệ collimator jaw only cho bệnh nhân mắc ung thư trực tràng tại bệnh viện k trung ương năm 2014 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN HỮU THÀNH

ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN
ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH
ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN HỮU THÀNH

ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN
ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH
ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐƠNG

Chun ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 60440222

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM THỊ THANH NGÀ

Hà Nội - Năm 2017
2


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Phạm Thị Thanh Ngà đã tận
tình chỉ bảo và hướng dẫn cho tơi trong suốt q trình thực hiện nghiên cứu Luận
văn Thạc sĩ này.
Trong quá trình nghiên cứu và học tập tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải
dương học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tơi đã có cơ hội
được tiếp thu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về chuyên ngành Khí tượng và
khí hậu học. Qua đó, đã giúp tơi có được những kiến thức chun mơn cũng như
kinh nghiệm trong suốt q trình học tập, tạo động lực trong nghiên cứu khoa học,
phục vụ hiệu quả trong q trình nghiên cứu, thực hiện và hồn thiện Luận văn
Thạc sĩ của tôi.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ trong Khoa
Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên
môn quý giá, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá
trình học tập và thực hiện Luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo và cán bộ của Trung tâm Dự
báo khí tượng thủy văn Trung ương đã tạo điều kiện cho tôi tham gia khóa đào tạo
Thạc sĩ, tận tình giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện Luận văn.
Trân trọng cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của bạn bè, đồng nghiệp và gia
đình đã ln sát cánh, động viên, giúp đỡ tơi trong q trình học tập và hồn thành
Luận văn.
Nguyễn Hữu Thành


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN....................................................................................................2
MỤC LỤC.........................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG......................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................... 7
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT................................................................. 9
MỞ ĐẦU.........................................................................................................11
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN............................................................................14
1.1. Bão hoạt động trên biển Đông và ảnh hưởng đến Việt Nam....................14
1.2. Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão bằng phương pháp Dvorak
trên thế giới và Việt Nam......................................................................... 15
1.2.1. Trên thế giới...................................................................................15
1.2.2. Tại Việt Nam.................................................................................. 20
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ADT VÀ SỐ LIỆU THỬ NGHIỆM............23
2.1. Phương pháp ADT....................................................................................23
2.1.1. Những cải tiến của phương pháp ADT..........................................23
2.1.2. Sơ đồ phân tích trong phương pháp ADT......................................27
2.2. Số liệu thử nghiệm....................................................................................34
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP DVORAK
CẢI TIẾN (ADT)............................................................................................37
3.1. Phương pháp đánh giá..............................................................................37
3.2. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và Best track Việt Nam
theo dạng mây bão....................................................................................39
3.2.1. Sai số vị trí.....................................................................................39
3.2.2. Sai số cường độ..............................................................................39
3.3. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và best track Việt Nam
theo phân chia cấp bão............................................................................. 43


3.3.1. Sai số vị trí.....................................................................................44
3.3.2. Sai số cường độ..............................................................................44

3.4. Đánh giá sai số giữa ADT, phương pháp Dvorak cổ điển và best track
Việt Nam và cho hai cơn bão điển hình trên biển Đơng...........................47
3.4.1. Cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014............................................47
3.4.2. Cơn bão số 6 (Megi) năm 2010.....................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................62
PHỤ LỤC 1.....................................................................................................65
PHỤ LỤC 2.....................................................................................................67
PHỤ LỤC 3.....................................................................................................68
PHỤ LỤC 4.....................................................................................................69
PHỤ LỤC 5.....................................................................................................72


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa cường độ bão, tốc độ gió (knot) và áp suất mực biển
trên khu vực vùng biển Đại Tây Dương và Tây Bắc Thái Bình Dương..................36
Bảng 3.1: Tổng số trường hợp theo phân loại mây bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015........................................................................................37
Bảng 3.2: Tổng số trường hợp theo phân loại cấp bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015........................................................................................37
Bảng 3.3: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE của ADT và best track cho
từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015.......40
Bảng 3.4: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE của ADT và best track
cho từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 42
Bảng 3.5: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại (Vmax) và trị số khí áp thấp nhất
(Pmin) cho từng loại mẫu mây bão giữa ADT và best track....................................42
Bảng 3.6: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE của best track và ADT theo
các cấp bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015.........................45
Bảng 3.7: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE của best track và ADT
theo các cấp bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015.................46

Bảng 3.8: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất theo cấp
bão của ADT và best track trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015. 46
Bảng 3.9: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014.......................................49
Bảng 3.10: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014.......................................49
Bảng 3.11: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 2 năm 2014......................................................................51
Bảng 3.12: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển
so với best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010............................................55
Bảng 3.13: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010................................................56


Bảng 3.14: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010..........................................................57


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ phát triển của phương pháp Dvorak theo thời gian........................16
Hiǹ h 2.1: Ví dụ về mắt bão rất nhỏ quan sát được trên kênh ảnh hồng ngoại tăng
cường trong cơn bão Wilma trên Đại Tây Dương (2005)........................................26
Hiǹ h 2.2: Sơ đồ mô tả cać bươć phân tić h tâm, cươǹ g đô ̣XTNĐ sử dung trong
phương phaṕ ADT...................................................................................................27
Hình 2.3: Sơ đồ phân tích mẫu mây bão trong phương pháp ADT.........................29
Hinh
̀ 2.4: Ví dụ về 5 loại mây bão: SHEAR, CRVBND, EMBC, IRRCDO và
UNIFRM sử dụng trong phương phaṕ ADT............................................................30
Hình 2.5: Ví dụ về 3 loại mây bão có dạng mắt trong phương pháp ADT...............31
Hình 2.6: Sơ đồ ước tính cường độ bão trong phương pháp ADT...........................31

Hinh
̀ 2.7: Ví dụ về kết quả đầu ra của phương phaṕ ADT khi tâm bão chưa đổ bộ
vào đất liền..............................................................................................................33
Hiǹ h 2.8: Ví dụ kết quả đầu ra của phương phaṕ ADT khi tâm bão trên đất liền

33

Hinh
̀ 2.9: Mười bước xác định cường độ XTNĐ bằng phương pháp Dvorak

35

Hình 3.1: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track của các loại mây bão trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015.....................................................39
Hình 3.2: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) giữa ADT và best track trong các
cơn bão trên biển Đơng từ năm 2010 - 2015 có dạng: tâm nhúng đĩa mây (EMBC),
dạng mắt (EYE), dạng lệch tâm (SHEAR), dạng băng cuốn (CRVBND), dạng khối
mây dày đặc phủ trên vùng tâm bão có sự thay đổi lớn trong vùng CDO (IRRCDO)
và khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM)...................40
Hình 3.3: Tương tự hình 3.2 cho trị số khí áp thấp nhất..........................................41
Hinh
̀ 3.4: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất giữa ADT
và best track của các loại mây bão...........................................................................43
Hinh
̀ 3.5: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track theo phân chia cấp bão
trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015............................................44


Hình 3.6: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) và trị số khí áp thấp nhất (mb)
giữa ADT và best track theo cấp bão của các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 2015......................................................................................................................... 45

Hinh
̀ 3.7: Diễn biến của bão số 2 (Rammasun) năm 2014.......................................47
Hinh
̀ 3.8: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak so với best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014....................................48
Hinh
̀ 3.9: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014....................................50
Hinh
̀ 3.10: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014....................................50
Hinh
̀ 3.11: Diễn biến của bão số 6 (Megi) năm 2010..............................................52
Hinh
̀ 3.12: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak so với best
track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010..............................................53
Hinh
̀ 3.13: Bão Megi trên ảnh thị phổ (VIS) (ảnh trái) và ảnh hồng ngoại tăng
cường màu (EIR) (hình phải) tại thời điểm lúc 00z ngày 20/10/2010......................54
Hinh
̀ 3.14: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak và
best track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010.......................................54
Hiǹ h 3.15: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010..............................................55
Hình 3.16: Bão Megi trên ảnh hồng ngoại IR (a,b,c) và ảnh hồng ngoại tăng cường
EIR (d,e,f) tại thời điểm 12z, 18z ngày 19/10/2010 và lúc 00z ngày 20/10/2010....58


DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ADT: Advanced Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak cải tiến

AODT: Advanced Objective Dvorak Technique - Phương pháp Dvoark khách quan
có cải tiến
ATCF: Automated Tropical Cyclone Forecasting System - Hệ thống tự động dự báo
xoáy thuận nhiệt đới
CB: Curved band - Dải băng cuốn
CDO: Centre Dense Overcast - Dạng khối mây dày đặc ở trung tâm
CI: Current Intensity - Cường độ hiện tại
CIMSS: Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies - Trung tâm
nghiên cứu vệ tinh khí tượng thuộc đại học Wisconsin Madison của Mỹ
CPHC: Central Pacific Hurricane Center - Trung tâm bão Thái Bình Dương
CRVBND: Curved Band - Dạng băng cuốn
DD: Digital Dvorak - Chương trình tự động ước lượng cường độ bão
DT: Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak cổ điển
EIR: Enhanced Infrared - Ảnh hồng ngoại tăng cường
EMBC: Embedded Center - Dạng tâm nhúng đĩa mây
IR: Infrared - Ảnh hồng ngoại
IRRCDO: Irregular CDO - Khối mây đậm đặc phủ trên vùng tâm bão, nhưng có sự
thay đổi lớn trong vùng CDO
JMA: Japan Meteorological Agency - Cơ quan Khí tượng Nhật Bản
JTWC: Joint Typhoon Warning Center - Trung tâm cảnh báo bão của hạn vừa Châu
Âu
MSLP: Mean sea level pressure - Áp suất mực nước biển
MTSAT: Multifunctional Transport Satellite - Tên loại vệ tinh địa tĩnh
NetCDF: Network Common Data Form - Tên một loại định dạng file
NHC: National Hurricane Center - Trung tâm bão Quốc gia
ODT: Objective Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak khách quan
RF: Ring fitting - Phương pháp tích hợp vịng


RMW: Radius of maximum wind - Bán kính gió mạnh

RSMC: The Regional Specialized Meteorological Center - Trung tâm khu vực theo
phân công của WMO
SC: Spiral centering - Kỹ thuật định vị tâm xoắn
TOPO: Topography - Dữ liệu địa hình
UNIFRM: Uniform CDO - Khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều
WMO: World Meteorological Organization - Tổ chức Khí tượng Thế giới


MỞ ĐẦU
Công tác dự báo bão ở Việt Nam trong những năm gần đây đã được Chính
phủ quan tâm và đầu tư nhiều trang thiết bị hiện đại. Cho đến nay, một hệ thống
quan trắc KTTV với những trang thiết bị hiện đại có thể đáp ứng việc thu thập
thơng tin số liệu KTTV phục vụ công tác dự báo. Song do điều kiện kinh tế nước ta
còn nghèo, việc hồn chỉnh, duy trì và phát triển một mạng lưới quan trắc trên cả
nước so với các nước khác vẫn cịn một khoảng cách và cần được hồn thiện hơn.
Việc phân tích được cường độ bão, ATNĐ theo thời gian thực, từ đó làm cơ sở cho
việc đưa ra những kết quả dự báo về cường độ trong tương lai đóng vai trị hết sức
quan trọng bởi nó liên quan đến tồn bộ hệ thống phịng chống thiên tai các cấp từ
Trung ương đến địa phương. Một cảnh báo đúng, một dự báo chính xác sẽ tiết kiệm
được rất nhiều công sức, tiền bạc cũng như sẽ giảm nhẹ thiệt hại về tài sản, tính
mạng của người dân. Một ví dụ điển hình có thể lấy là cơn bão số 1 (Kujira) năm
2015. Tại thời điểm 01 giờ sáng ngày 23/6/2015, khi bão đang ở gần đảo Bạch Long
Vĩ, các cơ quan dự báo Bão hàng đầu trên thế giới đánh giá rất khác nhau về cường
độ của cơn bão này. Các Trung tâm dự báo bão của các nước lần lượt phân tích
cường độ bão như sau: Trung Quốc cấp 8, Nhật Bản cấp 8, Hàn Quốc xấp xỉ cấp 10,
Hồng Kông cấp 8, Hoa Kỳ cấp
7. Trong khi đó Việt Nam ngồi việc sử dụng ảnh mây vệ tinh để phân tích, kết hợp
với số liệu Radar Phủ Liễn và các trạm quan trắc bổ sung ven bờ cũng như trạm đảo
Bạch Long Vĩ xác định bão ở khoảng giữa cấp 8, đầu cấp 9. Như vậy có thể thấy,
ngay việc phân tích cường độ bão thời gian thực của các nước đã rất chênh lệch

(giữa Hoa Kỳ và Hàn Quốc là gần 3 cấp bão). Nếu chúng ta ước lượng bão quá
mạnh so với thực tế thì cơng tác phịng chống sẽ rất lãng phí về nhân lực và vật lực,
còn nếu ước lượng yếu hơn, hậu quả có thể cịn nặng nề hơn rất nhiều. Như vậy có
thể thấy việc xác định cường độ bão thời gian thực hết sức quan trọng, nó vừa làm
tiền đề để nâng cao chất lượng bản tin dự báo, vừa là cơ sở để có thể giúp cơ quan
phịng chống thiên tai các cấp đưa ra những quyết định phòng chống kịp thời, hiệu
quả.


Có thể thấy rằng, trong hơn 30 năm qua, phương pháp Dvorak [17] sử dụng
ảnh mây vệ tinh để xác định vị trí và cường độ bão là phương pháp nghiệp vụ duy


nhất, hiệu quả nhất, đặc biệt khi bão ở trên các vùng đại dương nơi mà số liệu quan
trắc bị hạn chế. Trên thế giới, phương pháp Dvorak cổ điển đã được các nhóm tác
giả phát triển, lần lượt từ phương pháp Dvorak cổ điển (DT), phương pháp Dvorak
khách quan (ODT), phương pháp Dvorak khách quan có cải tiến (AODT) và nay là
phương pháp Dvorak cải tiến (ADT). ADT đang được sử dụng nghiệp vụ tại hầu hết
trung tâm dự báo bão lớn trên thế giới (như tại: RSMC Tokyo, RSMC Australia,
Trung tâm bão quốc gia - NHC, Hoa Kỳ,...), phiên bản mới nhất hiện nay đang được
sử dụng trong nghiệp vụ là ADT V8.2.1. Ngồi ra, có thể thấy rằng bắt đầu từ năm
1995 ODT đã phát triển, đến 2005 ADT ra đời và được thế giới sử dụng rộng rãi
trong vịng 10 năm gần đây, nếu tính thời điểm ODT đã là 20 năm.
Trong khi đó, đến năm 2017, ở Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung
ương vẫn đang dùng phương pháp Dvorak cổ điển, so với những phát triển mới nhất
hiện nay thì chúng ta đang chậm hơn 20 năm trong nghiệp vụ xác định cường độ
bão bằng phương pháp Dvorak. Phương pháp Dvorak cổ điển đang dùng tại Trung
tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương về bản chất là phương pháp thống kê
thực nghiệm, do đó kết quả phân tích phụ thuộc phần lớn vào trình độ người phân
tích, mang tính chủ quan nhiều. Do đó cần phải có một cơng cụ phân tích khách

quan để có thể loại bỏ tính chủ quan này.
DT cũng như ADT được sử dụng bắt nguồn từ các cơn bão trên vùng biển
Đại Tây Dương cũng như Tây Bắc Thái Bình Dương, trong khi đó vùng biển Đơng
của Việt Nam là vùng biển tương đối kín lại bị ảnh hưởng nhiều bởi các hồn lưu
khí quyển (gió mùa đơng bắc, gió mùa tây nam) cũng như ảnh hưởng bởi địa hình.
Do vậy, cần phải thực hiện việc phân tích, đánh giá mẫu mây bão trên khu vực biển
Đơng để có thể sử dụng trong ADT.
u cầu của xã hội ngày càng cao đối với các bản tin dự báo bão. Do đó cần
phải tăng cường khơng chỉ chất lượng dự báo, mà còn phải đổi mới nội dung bản tin
cũng như tăng cường tần suất bản tin. Bắt đầu từ năm 2015, Trung tâm Dự báo khí
tượng thủy văn Trung ương đã phát bản tin nhanh về bão mỗi giờ một lần, kèm theo
đó thơng tin về vị trí và cường độ bão cũng phải cập nhật hàng giờ, như vậy bài
toán


tự động phải tính đến, đặc biệt trong những tình huống rất khẩn cấp khi yêu cầu tần
suất bản tin nhiều hơn nữa.
Với những hạn chế của phương pháp Dvorak cổ điển và những hiệu quả của
phương pháp Dvorak cải tiến mang lại, việc nghiên cứu đánh giá và áp dụng
phương pháp này là hết sức cần thiết, đem lại khả năng phân tích vị trí và cường độ
bão một cách tự động và khách quan, đặc biệt trong môi trường áp dụng nghiệp vụ.
Chính vì
vây luận văn sẽ thực hiện đánh giá kết quả của phương pháp Drorak cải tiến trong
việc xác định cường độ bão từ ảnh mây vệ tinh cho các cơn bão xuất hiện trên biển
Đông từ năm 2010 đến năm 2015, nhằm đưa ra những nhận định một cách khách
quan về sai số của phương pháp so với số liệu thực tế làm tiền đề cho việc áp dụng
ADT vào thực tiễn.
Cấu trúc Luận văn bao gồm: Phần Mở đầu, 3 Chương, Kết luận và kiến nghị,
Danh mục tài liệu tham khảo và Phụ lục:
Mở đầu

Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Phương pháp ADT và số liệu thử nghiệm
Chương 3: Đánh giá kết quả của phương pháp Dvorak cải tiến (ADT)
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Bão hoạt động trên biển Đông và ảnh hưởng đến Việt Nam
Áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) và bão được đánh giá là môt trong những loại hình
thiên tai ảnh hưởng đến nước ta khơng chỉ gây gió mạnh mà cịn sinh ra mưa lớn
diện rộng gây ngập lụt nghiêm trọng, nước biển dâng cao. Việt Nam là một đất nước
nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đường bờ biển kéo dài trên 3200 km
và tiếp giáp với biển Đông (thuộc khu vực biển Tây Bắc Thái Bình Dương) là một
trong những ổ bão nhiệt đới nhiều nhất trên thế giới. Do bão biển Đơng phức tạp về
đường đi, cường độ và địa hình nơi bão đi vào nên các hiện tượng thời tiết kèm theo
bão cũng khác nhau, có cơn bão gây mưa nhiều và kéo dài, lũ lụt nghiêm trọng,
song có cơn bão gió mạnh, mưa lại rất ít. Trong các cơn bão ảnh hưởng đến Việt
Nam, có cơn nguồn gốc phát sinh từ vùng biển phía Đơng Philippin, có cơn phát
sinh phát triển trên Biển Đơng, thậm chí có cơn bão phát sinh ngay trên vịnh Bắc
Bộ.
Với các cơn bão có nguồn gốc phát sinh khác nhau, khi đi vào đất liền các
hiện tượng thời tiết kèm theo bão cũng khác biệt nhau đối với từng vùng trên lãnh
thổ Việt Nam. Đặc biệt đối với các tỉnh Miền Trung là nơi hàng năm chịu ảnh
hưởng bão nhiều nhất cùng với địa hình dãy Trường Sơn ở phía tây nằm song song
với bờ biển; ở sườn đón gió phía đơng, hồn lưu bão thường nhận được hướng gió
gần như thẳng góc với sống núi, tạo nên quá trình mưa bão đặc biệt. Hay khi bão
vào đất liền cùng với các quá trình xâm nhập của khơng khí lạnh từ phía bắc xuống,
hoặc trong khoảng thời gian ngắn có hai hoặc ba cơn bão ảnh hưởng đến khu vực

này gây nên tình hình mưa đặc biệt nghiêm trọng, quá trình mưa do cơn bão trước
vừa kết thúc, hoặc chưa chấm dứt, đã bị ảnh hưởng mưa của cơn bão sau.
Đã có nhiều nghiên cứu ở Việt Nam về đặc điểm ảnh hưởng của bão. Theo
Nguyễn Văn Khánh và Phạm Đình Thụy (1985) [3] có 72 cơn bão, ATNĐ đổ bộ
vào miền Bắc thời kỳ 1956 - 1980 có tới 43 cơn gây ra gió mạnh từ cấp 10 đến cấp
12 và 17 cơn gây ra gió mạnh trên cấp 13, với phạm vi gió mạnh cấp 6 trở lên là
khoảng vài trăm km (khoảng 2 độ kinh/vĩ) xung quanh tâm bão, ATNĐ. Bão hoạt


động nhiều nhất về số lượng và mạnh nhất về cường độ ở vùng bờ biển Bắc Bộ,
hoạt động ít nhất


ở các vùng bờ biển Ninh Thuận - Bình Thuận, Nam Bộ (Trần Việt Liễn, 1990;
Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự, 2010) [4, 5]. Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự (2010) [5]
nghiên cứu đặc điểm bão dựa trên số liệu quan trắc cho thấy trung bình mỗi năm
nước ta chịu ảnh hưởng của trên 7 cơn bão và ATNĐ. Thời gian bão ảnh hưởng đến
Việt Nam kéo dài từ tháng 3 đến tháng 12 trong đó các tháng 6 - 10 có tần suất đáng
kể, đặc biệt trong 3 tháng 8 - 10 có tần suất lớn. Nguyễn Văn Thắng và cộng sự
(2010)
[7] phân tích hoạt động của bão ở các đoạn bờ biển cho thấy, trong thời kỳ gần đây
tần suất của bão trên đa số đoạn bờ biển phía Bắc bao gồm Bắc Bộ, Thanh Hóa đến
Thừa Thiên Huế có xu hướng giảm, trong khi phía Nam, bao gồm Đà Nẵng - Bình
Định, Phú Yên - Bình Thuận, Nam Bộ có xu hướng tăng.
Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2016) [8] trên toàn
lãnh thổ Việt Nam, trong thời kỳ 1961 - 2014 có 364 cơn bão, ATNĐ đổ bộ và ảnh
hưởng trong đó chiếm tỷ lệ từ 10% trở lên tập trung vào 5 tháng từ tháng 7 đến
tháng 11. Tổng tỷ lệ % bão ảnh hưởng so với cả năm của 5 tháng này là 87%, cao
nhất vào tháng 9, thấp nhất vào tháng 7. Thời gian có bão ảnh hưởng sớm nhất ở
Bắc Bộ với 3 tháng nhiều bão ảnh hưởng nhất là các tháng 7 - 8 - 9, và lùi dần từ

Bắc vào Nam, bão ảnh hưởng tập trung vào các tháng 10 - 11 - 12 ở cực Nam Trung
Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Tần số bão trung bình năm cao nhất là 2,0 - 2,5 cơn ở
vùng Quảng Ninh đến Thanh Hóa; thấp nhất là dưới 0,5 cơn ở vùng Tây Bắc, vùng
Bình Thuận đến Cà Mau - Kiên Giang; các vùng còn lại tần số bão dao động từ 0,5 1,5 cơn.
1.2. Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão bằng phương pháp Dvorak
trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Trên thế giới
Bão nhiệt đới trở thành một mối đe dọa ngày càng lớn đối với con người, đặc
biệt là khu vực ven biển nơi có dân số đang tăng nhanh. Trong hơn 20 năm qua,
cùng với những tiến bộ của khoa học, việc dự báo đường đi của bão đã đạt nhiều
tiến bộ khi sai số dự báo giảm đáng kể. Tuy vậy, việc dự báo cường độ bão vẫn là


thách thức rất lớn đối với các nhà khí tượng, nguyên nhân một phần cũng vì cường
độ thật của


bão tại thời điểm dự báo ln là bài tốn khó khi mà các cơn bão thường hình thành
ngồi đại dương, nơi mạng lưới quan trắc khí tượng cịn rất mỏng.
Để xác định cường độ bão thời gian thực, đầu những năm 1970, các nhà khoa
học đã phát triển một kỹ thuật dùng để ước lượng cường độ bão sử dụng thông tin
từ vệ tinh địa tĩnh, người tiên phong là Vernon Dvorak, sau đó Dvorak được lấy để
đặt tên cho phương pháp này - phương pháp Dvorak (Dvorak, 1972; Dvorak, 1973;
Dvorak, 1975) [9, 10, 11]. Phương pháp Dvorak với tính chất nguyên thủy là một kỹ
thuật bán chủ quan đã được sử dụng tại các trung tâm dự báo nghiệp vụ khí tượng
nhiệt đới trên tồn cầu trong hơn 30 năm qua. Những năm gần đây, cùng với sự phát
triển của thế hệ cảm biến trên các vệ tinh khí tượng mới và khả năng tính tốn của
máy tính, kết hợp với sự tích lũy lâu năm kinh nghiệm dự báo viên và những thành
tựu mới của công nghệ tự động hóa, việc tự động phân tích và ước lượng cường độ
bão nhiệt đới bằng các hệ thống máy tính đã trở nên khả thi hơn rất nhiều, đó chính

là tiền đề để phương pháp Dvorak cải tiến (ADT) ra đời.
Dựa trên phương pháp phân tích Dvorak cổ điển, nhóm phát triển hệ thống
tại Trung tâm nghiên cứu vệ tinh CIMSS của Trường đại học Wisconsin đã tiến
hành tự động hóa qua 4 mốc chính (Hình 1.1), bao gồm: 1) Phương pháp Dvorak tự
động ước lượng cường độ bão, 2) Phương pháp Dvorak khách quan (ODT), 3)
Phương pháp Dvorak khách quan có cải tiến (AODT), và cuối cùng là 4) Phương
pháp Dvorak cải tiến (ADT) [17].

Hình 1.1: Sơ đồ phát triển của phương pháp Dvorak theo thời gian


Về kỹ thuật, phương pháp Dvorak cổ điển (DT) (Dvorak, 1973) [10] được
thực hiện qua 4 bước chính: 1) xác định vị trí tâm bão, ATNĐ, 2) xác định cường độ
bão, ATNĐ, 3) chọn ước lượng cường độ tốt nhất và 4) áp dụng một số quy định để
đưa ra kết quả ước lượng cường độ cuối cùng. Trong thời kỳ đầu, kỹ thuật này chủ
yếu dựa trên lý thuyết nhận dạng mẫu mây với 5 dạng cơ bản: 1) dạng khối mây dày
đặc ở trung tâm (CDO), 2) dạng lệch tâm (SHEAR), 3) dạng tâm nhúng đĩa mây
(EMBC),
4) dạng có mắt (EYE) và 5) Dạng băng cuốn (CRVBND). Trên thực tế, đây là
phương pháp bán chủ quan, sử dụng chủ yếu để đánh giá sự thay đổi 24 giờ của
mẫu mây và cường độ để có thể chỉ ra sự thay đổi ngắn hạn của cấu trúc mây,
nhược điểm chính của phương pháp là tính chủ quan và trình độ không đồng đều
của dự báo viên khi sử dụng kỹ thuật này.
Năm 1984, Dvorak đã cải tiến phương pháp Dvorak cổ điển và phát triển
thêm ở một kỹ thuật cao hơn khi kết hợp bổ sung việc xác định các mẫu mây với
việc đánh giá, xác định các đặc trưng của mây cụ thể ở đây là nhiệt độ đỉnh mây
(Dvorak, 1984) [12]. Việc phân tích cường độ bão khơng chỉ giới hạn bởi phương
pháp định tính nữa mà thay vào đó được định lượng hóa qua việc đánh giá chỉ số
tính tốn từ kỹ thuật Dvorak dựa trên mẫu mây bão (Tnumber).
Zehr (1989) [20] đã nghiên cứu và xây dựng chương trình tự động ước lượng

cường độ bão (DD) dựa trên đặc trưng cường độ bão có liên quan tới nhiệt độ lạnh
nhất ở đỉnh mây và nhiệt độ ấm nhất ở tâm xoáy thuận nhiệt đới khi đã có ảnh hồng
ngoại tăng cường (EIR) cho dạng có mắt (EYE). Phương pháp DD này đã đặt nền
tảng cho phương pháp Dvorak khách quan (ODT) sau này khi sử dụng các thuật
toán khách quan nhưng vẫn giữ được đặc trưng cơ bản của phương pháp Dvorak cổ
điển. Sang đến thập niên 1990, khi số liệu có đầy đủ hơn, độ phân giải ảnh vệ tinh
cao hơn, năng lực tính tốn của máy tính mạnh hơn đã thúc đẩy phát triển phương
pháp Dvorak khách quan (ODT) (Velden và cộng sự, 1998) [18]. Với phương pháp
ODT, dự báo viên ở khắp nơi trên thế giới, kể cả trình độ và kĩ năng của từng nơi,
từng người có sự chênh lệch, vẫn có thể đưa ra những dự báo mang tính khách quan


cao với độ sai lệch về kết quả ở mức tối thiểu. Các kết quả thực nghiệm từ máy
bay do thám khí


tượng cho thấy ước lượng cường độ bão của phương pháp ODT có thể so sánh được
với những phân tích đưa ra từ các trung tâm khí tượng của Hoa Kỳ. Tuy nhiên
phương pháp này có một nhược điểm lớn, đó là nó chỉ có thể áp dụng được cho
những cơn bão mạnh, điều này làm ảnh hưởng đến tính ứng dụng phổ cập của ODT.
Ngoài ra phương pháp ODT vẫn cần có dự báo viên khí tượng xác định vị trí tâm
bão trước khi sử dụng thuật tốn.
Nhược điểm chủ yếu của phương pháp ODT là nó khơng thể xử lý được các
cơn bão yếu. Nhược điểm này sau đó đã được khắc phục bằng phương pháp Dvorak
khách quan có cải tiến (AODT). Phương pháp AODT làm việc được với mọi cường
độ bão và áp dụng tất cả các luật của phương pháp Dvorak. Phương pháp AODT là
bước cải tiến trực tiếp của phương pháp ODT trên ba phương diện chính: 1) phạm
vi ứng dụng được mở rộng, bao gồm việc xử lý ATNĐ và các giai đoạn khác nhau
của các cơn bão, 2) áp dụng thêm nhiều thuật toán và quy luật của phương pháp
Dvorak cổ điển, 3) tích hợp hệ thống tự động xác định tâm bão.

Để có thể áp dụng phương pháp AODT cho các cơn bão nhỏ và ATNĐ,
người ta cần phải sử dụng tới kỹ thuật “nhận dạng mẫu mây” (Olander và Velden,
2007) [15]. Kỹ thuật dải băng cuốn (CB) trong AODT đưa ra thông tin về cường độ
cơn bão dựa trên độ uốn cong của đám mây trên ảnh chụp vệ tinh hồng ngoại (IR).
Ngược lại, trong phương pháp DT cổ điển, độ uốn cong của mây được xác định
bằng tay dựa trên những cung xoắn ốc 10 độ. Phương pháp này cũng được sử dụng
để xác định tâm bão nếu hình chụp không rõ nét. Tuy nhiên, việc xác định theo dải
băng cuốn này mang tính chủ quan của người phân tích dự báo khi quan sát ảnh
chụp vệ tinh. Phương pháp AODT đưa ra một hệ thống tự động hóa dựa trên phân
tích dải băng cuốn của nhiều người dùng khác nhau. Ngoài phương pháp dải băng
cuốn, các phương pháp khác cũng được tích hợp trong phương pháp AODT, và cịn
được sử dụng cho đến bây giờ. Bước cải tiến đáng kể của phương pháp AODT đó
chính là đưa ra các định lượng cho hai chỉ số Tnumber và CI. Trong đó các giá trị
Tnumber thay đổi cho biết xu hướng mạnh lên hay yếu đi của bão, các giá trị CI được
sử dụng để xác định cường độ hiện tại.


Một ưu điểm nữa của AODT đó chính là loại bỏ bước thủ công xác định tâm
bão bằng việc phân tích vị trí tâm bão tự động thơng qua các phương pháp xử lý và
phân tích ảnh, kỹ thuật định vị tâm xoắn (SC) sử dụng để hiệu chỉnh một tâm giả
định ban đầu (lấy từ dự báo hoặc cảnh báo của các trung tâm dự báo bão như
JTWC của Hải quân Mỹ hay RMSC của Nhật Bản), phương pháp Laplacian được
áp dụng đối với trường hợp bão có phát triển một cách hồn thiện và phương pháp
thích hợp vịng (Wimmers và Velden, 2004) [19]. Ngoài ra phương pháp AODT cịn
có khả năng cập nhật và sử dụng số liệu vệ tinh cực, kênh phổ sóng ngắn để tăng
cường độ chính xác đối với giá trị cường độ và xác định giai đoạn mà xoáy thuận
nhiệt đới đang đạt đến.
Phương pháp Dvorak cải tiển (ADT) sau này được Olander và các cộng sự
[17] tại viện nghiên cứu vệ tinh khí tượng thuộc đại học Wisconsin Madison của Mỹ
(CIMSS) phát triển đã kế thừa các nghiên cứu, kỹ thuật mới của ODT và AODT

đồng thời quay trở lại thiết lập một số điều chỉnh mới trên cơ sở của phương pháp
Dovorak cổ điển. Đặc biệt, ADT được chạy hoàn toàn tự động và được áp dụng cho
đến tận ngày nay. Năm 2014, hệ thống mã nguồn ADT đã được Olander chia sẻ để
áp dụng trên khu vực Biển Đông. Một trong những điều chỉnh mới trong ADT đó
chính là việc hiệu chỉnh tâm bão bằng cách ước lượng cường độ khí áp mực biển
(MSLP) dựa trên sự thay đổi vị trí tâm bão theo quỹ đạo (Kossin và Velden, 2004)
[13]. Kỹ thuật mới trong ADT đó chính là xây dựng một sơ đồ mới cho việc xác
định mẫu mây dạng CDO và EYE sử dụng phương trình hồi quy. Những phương
trình này có sử dụng một số tham số cơ bản liên quan tới cường độ bão như khu vực
có đối lưu thẳng đứng, kích cỡ vùng mây và chênh lệch nhiệt độ giữa mắt bão và
khu vực xung quanh. Khi sử dụng phương trình hồi quy với những tính tốn này,
tiến hành so sánh với số liệu thám sát máy bay khí tượng cho thấy kết quả tốt hơn
khá nhiều. Kỹ thuật mới nhất gần đây được phát triển trong ADT đó chính là việc
cung cấp thơng tin về bán kính gió mạnh (RMW) trong trường hợp có mắt bão,
bằng việc xử dụng thuật toán xác định nhiệt độ đỉnh mây trên kênh ảnh hồng ngoại
(IR) ở bốn phía cơn bão để tìm khu vực nào đạt điều kiện về nhiệt độ đỉnh mây so
với số liệu thống kê từ máy bay thám


sát khí tượng thì sẽ xác định được vùng RMW (Kossin và cộng sự, 2005) [14]. Hiện
nay kỹ thuật này đang được phát triển để áp dụng cho những mẫu mây khơng có
mắt. Tóm lại có thể thấy, các phương pháp về sau đều có sự bổ sung, khắc phục
những hạn chế của phương pháp trước. Đến phương pháp ADT thì kỹ thuật phân
tích bão đã ở tầm vượt trội và hoàn toàn tự động. Thực tế kiểm nghiệm đã cho
thấy độ
chính xác của phương pháp ADT rất đáng tin cậy (Olander và Velden, 2007) [15].
1.2.2. Tại Việt Nam
Hiện nay, trong nghiệp vụ dự báo bão tại Việt Nam, việc phân tích vị trí và
cường độ bão được thực hiện dựa trên việc phân tích ảnh mây vệ tinh bằng phương
pháp Dvorak cổ điển và thông qua việc tổng hợp thơng tin các nguồn phân tích và

dự báo của các trung tâm quốc tế trên thế giới. Vấn đề ứng dụng ảnh mây vệ tinh
cũng như phương pháp Dvorak cổ điển tại Việt Nam có q trình tiến triển như sau:
Từ những năm 1980, mặc dù chưa có trạm thu ảnh vệ tinh phân giải cao như
hiện nay nhưng các bức ảnh đầu tiên từ thế hệ vệ tinh địa tĩnh đã được đưa vào sử
dụng trong nghiệp vụ phân tích bão và mưa lớn. Những nghiên cứu đầu tiên phải kể
đến các cơng trình của tác giả Trần Đình Bá năm 1983, 1985 [1, 2] trong việc ứng
dụng vào nghiệp vụ phân tích bão từ các phân tích ảnh vệ tinh. Tác giả cũng đã có
những nghiên cứu ban đầu về cấu trúc mây bão Biển Đông và kiểm chứng với 5
dạng mây cơ bản tương tự như những kết quả nghiên cứu của Dvorak đã công bố
năm 1984 [12]. Tác giả Trần Đình Bá cũng đưa ra trong nghiên cứu về đặc điểm
mây bão trên Biển Đông với các mẫu mây dạng tương tác với khơng khí lạnh. Bên
cạnh đó, nhờ những kết quả bước đầu xử lý số ảnh vệ tinh, tác giả Trần Đình Bá đã
bước đầu nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ đỉnh mây trên ảnh hồng ngoại nhiệt
với vùng mưa lớn. Nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa vùng mưa lớn với vùng có
nhiệt độ đỉnh mây nhỏ hơn -25 độ C.
Từ năm 1997, trạm thu ảnh vệ tinh GMS-5 phân giải cao được lắp đặt tại
Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia đã mở ra một bước ngoặt lớn trong sử
dụng ảnh vệ tinh tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương. Ngay sau