Xây dựng giải pháp cảnh báo thời tiết cực đoan do biến đổi khí hậu tại TP.HCM trên nền tảng công nghệ số và khoa học cộng đồng
Sở KH&CN TP.HCM và các đơn vị liên quan vừa tổ chức hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Xây dựng giải pháp cảnh báo thời tiết cực đoan do biến đổi khí hậu tại Thành phố Hồ Chí Minh trên nền tảng công nghệ số và khoa học cộng đồng".
Đây là nhiệm vụ do Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (nay là Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biển) làm tổ chức chủ trì, và TS. Phạm Thanh Long làm chủ nhiệm nhiệm vụ.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng gia tăng, các hiện tượng thời tiết cực đoan như nắng nóng, mưa lớn, hạn hán và bức xạ cực tím có xu hướng xuất hiện với tần suất dày hơn, cường độ mạnh hơn và diễn biến khó lường. Đặc biệt tại các đô thị lớn như TP.HCM, nơi có mật độ dân cư cao, tốc độ đô thị hóa nhanh và hệ thống hạ tầng chịu nhiều áp lực, các hiện tượng này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng, môi trường sống và sự phát triển bền vững của đô thị.
Thực tiễn trong những năm gần đây cho thấy TP.HCM thường xuyên chịu tác động của nhiều loại hình thời tiết cực đoan. Các đợt nắng nóng kéo dài với nhiệt độ cao vượt ngưỡng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân; các trận mưa lớn xảy ra trong thời gian ngắn gây ngập úng diện rộng; tình trạng hạn khí tượng và thiếu hụt nước diễn biến phức tạp; cùng với đó là mức bức xạ UV cao tiềm ẩn nhiều rủi ro đối với cộng đồng. Theo thống kê, trong giai đoạn gần đây, thiên tai liên quan đến thời tiết cực đoan đã gây thiệt hại đáng kể về người, tài sản và cơ sở hạ tầng đô thị . Những tác động này có xu hướng gia tăng dưới ảnh hưởng kết hợp của biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa nhanh.
Trong khi đó, yêu cầu đối với công tác dự báo và cảnh báo thời tiết ngày càng cao, không chỉ dừng lại ở việc cung cấp thông tin mà còn cần đảm bảo tính kịp thời, chính xác, định lượng và dễ tiếp cận đối với người sử dụng. Tuy nhiên, các phương pháp dự báo hiện nay vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế, đặc biệt đối với các hiện tượng cực đoan mang tính cục bộ cao. Các mô hình dự báo khí tượng toàn cầu như GFS, ECMWF tuy có ưu thế về phạm vi và tính liên tục, nhưng vẫn tồn tại sai số đáng kể khi áp dụng ở quy mô địa phương do hạn chế về độ phân giải và đặc điểm khí hậu khu vực nhiệt đới.
Bên cạnh đó, hệ thống dữ liệu và công cụ hỗ trợ dự báo tại địa phương còn chưa được tích hợp đồng bộ. Các nguồn dữ liệu như quan trắc mặt đất, vệ tinh, mô hình số và dữ liệu thực tế từ cộng đồng chưa được khai thác hiệu quả; các nền tảng công nghệ phục vụ cảnh báo thời gian thực còn hạn chế; việc truyền tải thông tin đến người dân chưa thực sự kịp thời và trực quan. Điều này làm giảm hiệu quả của công tác cảnh báo sớm và khả năng ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan.
Trong bối cảnh đó, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ số, trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT) đã mở ra những hướng tiếp cận mới trong lĩnh vực dự báo và cảnh báo khí tượng. Các phương pháp AI cho phép khai thác mối quan hệ phi tuyến giữa các yếu tố khí tượng nhằm nâng cao độ chính xác dự báo; hệ thống IoT cung cấp dữ liệu quan trắc thời gian thực với độ phân giải cao; trong khi các nền tảng số giúp tích hợp, xử lý và truyền tải thông tin nhanh chóng đến người sử dụng cuối cùng. Đồng thời, cách tiếp cận dựa trên khoa học cộng đồng góp phần tăng cường sự tham gia của người dân trong việc cung cấp thông tin và sử dụng các sản phẩm cảnh báo.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và cơ sở khoa học nêu trên, đề tài “Xây dựng giải pháp cảnh báo thời tiết cực đoan do biến đổi khí hậu tại Thành phố Hồ Chí Minh trên nền tảng công nghệ số và khoa học cộng đồng” được đề xuất và triển khai nhằm xây dựng một hệ thống dự báo - cảnh báo tích hợp, hiện đại và phù hợp với điều kiện địa phương. Đề tài tập trung vào việc tích hợp dữ liệu đa nguồn, đánh giá sai số và hiệu chỉnh mô hình dự báo bằng trí tuệ nhân tạo, xây dựng mạng lưới quan trắc IoT, phát triển hệ thống cảnh báo và cổng thông tin điện tử phục vụ cộng đồng.
Về ý nghĩa khoa học, nghiên cứu góp phần hoàn thiện phương pháp tích hợp dữ liệu và ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong dự báo thời tiết cực đoan tại khu vực đô thị nhiệt đới. Về ý nghĩa thực tiễn, kết quả đề tài tạo nền tảng cho việc nâng cao năng lực dự báo và cảnh báo sớm tại TP.HCM, hỗ trợ công tác quản lý, phòng chống thiên tai, giảm thiểu thiệt hại và hướng tới phát triển đô thị thông minh, thích ứng với biến đổi khí hậu.
Gắn trí tuệ nhân tạo với thực tiễn dự báo
Đại diện nhóm triển khai nhiệm cho biết, mục tiêu tổng quát của đề là nhằm cung cấp thông tin dự báo, cảnh báo trực tuyến, tin cậy về vị trí, thời gian, cường độ, tần suất, xu hướng xảy ra các hiện tượng thời tiết cực đoan như nắng nóng, mưa lớn, hạn hán, tia cực tím trên địa bàn Thành phố bằng công nghệ GIS, SMS, Vạn vật kết nối (IoT), Trí tuệ nhân tạo (AI), viễn thám, khoa học cộng đồng dựa trên số liệu quan trắc số liệu khí tượng ở độ phân giải không – thời gian cao.
Từ đó, TS. Phạm Thanh Long và cộng sự đã đặt ra bài toán giải quyết các mục tiêu cụ thể, đó là:
- Xây dựng được bản đồ phân vùng rủi ro các hiện tượng thời tiết cực đoan (nắng nóng, mưa lớn, hạn hán, tia cực tím/nhiệt tiềm năng) dựa trên cấp độ cảnh báo rủi ro thời tiết cực đoan tại TP.HCM phù hợp với qui định hiện hành về cảnh báo, dự báo ở Việt Nam;
- Xây dựng hệ thống chương trình hiệu chỉnh dự báo của mô hình toàn cầu để dự báo, cảnh báo thời tiết cực đoan trên khu vực TP.HCM dựa trên AI tại các hạn dự báo cực ngắn (dưới 24 giờ), ngắn (1 - 3 ngày), vừa (3 - 10 ngày).
- Đề xuất mạng lưới quan trắc thời tiết dựa trên IoT với các yếu tố mưa, nhiệt độ, tia cực tím tại các khu vực rủi ro cao các hiện tượng thời tiết cực đoan tại TP.HCM .
- Xây dựng được hệ thống cổng thông tin điện tử cung cấp thông tin cảnh báo hiện tượng thời tiết cực đoan trực tuyến, hỗ trợ giao diện tương thích với nhiều máy tính và thiết bị di động thông minh, kết nối hệ thống SMS khẩn cấp nhắn tin đến người dân trong khu vực bị ảnh hưởng thời tiết khẩn cấp.
Sản phẩm thiết thực
Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu cho biết đã hoàn thành các sản phẩm quan trọng như:
- Bản đồ phân vùng rủi ro các hiện tượng thời tiết cực đoan (nắng nóng, mưa lớn, hạn hán, tia cực tím/nhiệt tiềm năng) dựa trên cấp độ cảnh báo rủi ro thời tiết cực đoan tại TP.HCM
- Đề xuất mạng lưới quan trắc thời tiết dựa trên IoT với các yếu tố mưa, nhiệt độ, tia cực tím tại các khu vực rủi ro cao các hiện tượng thời tiết cực đoan tại TP.HCM
- CSDL quan trắc, dự báo khí tượng tích hợp số liệu quan trắc bề mặt thám không vô tuyến trong quá khứ với số liệu quan trắc theo thời gian thực của mạng lưới IoT và số liệu dự báo của các mô hình dự báo thời tiế
- Mô hình AI dự báo vị trí, thời gian, cường độ, tần suất, xu hướng xảy ra các hiện tượng thời tiết cực đoan trên địa bàn Thành phố trong thời hạn cực ngắn (dưới 24 giờ), ngắn (1 - 3 ngày), vừa (3 - 10 ngày).
- Ứng dụng trực tuyến Cổng thông tin điện tử cung cấp thông tin cảnh báo trực tuyến, tin cậy về các hiện tượng thời tiết cực đoan hỗ trợ giao diện tương thích với nhiều máy tính và thiết bị di động thông minh
Kết quả nổi bật
TS. Phạm Thanh Long cho biết, đề tài đã xây dựng được một hệ thống dự báo, cảnh báo thời tiết cực đoan tích hợp công nghệ AI với khả năng dự báo đa hạn từ cực ngắn đến trung hạn, cho phép xác định tương đối chính xác vị trí, thời gian, cường độ và xu hướng của các hiện tượng như nắng nóng, mưa lớn, hạn khí tượng và tia cực tím. Đồng thời, một cơ sở dữ liệu khí tượng tích hợp đa nguồn đã được thiết lập, kết hợp hiệu quả giữa số liệu quan trắc truyền thống, dữ liệu IoT thời gian thực và sản phẩm mô hình dự báo, tạo nền tảng quan trọng cho các bài toán phân tích và dự báo hiện đại.
Bên cạnh đó, đề tài đã đề xuất được mạng lưới quan trắc IoT phù hợp với điều kiện đô thị TP.HCM, góp phần nâng cao mật độ và chất lượng dữ liệu. Bản đồ phân vùng rủi ro thời tiết cực đoan được xây dựng với độ chi tiết cao, gắn với cấp độ cảnh báo, hỗ trợ trực tiếp cho công tác quản lý. Cổng thông tin điện tử cảnh báo trực tuyến cũng đã được phát triển, cho phép cung cấp thông tin nhanh chóng, trực quan đến cơ quan quản lý và cộng đồng. Ngoài ra, đề tài còn hoàn thiện quy trình dự báo, bản tin mẫu và đóng góp các sản phẩm khoa học có giá trị, bao gồm công bố quốc tế, đào tạo và sở hữu trí tuệ.
Hiệu quả và khả năng ứng dụng
Kết quả nghiên cứu có khả năng ứng dụng trực tiếp trong công tác dự báo, cảnh báo và phòng chống thiên tai tại TP.HCM, đặc biệt trong các lĩnh vực như quản lý ngập đô thị, điều tiết nguồn nước và giảm thiểu rủi ro do thời tiết cực đoan. Hệ thống được thiết kế theo hướng mở, có thể chuyển giao và tích hợp vào hoạt động nghiệp vụ của các cơ quan như Sở Tài nguyên và Môi trường, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ và các đơn vị liên quan để khai thác và vận hành hiệu quả.
Ngoài ra, sản phẩm của đề tài có tiềm năng mở rộng ứng dụng cho doanh nghiệp và cộng đồng, cũng như khả năng thương mại hóa dưới dạng dịch vụ cung cấp thông tin hoặc giải pháp công nghệ. Với phương thức chuyển giao linh hoạt (kèm đào tạo, hội thảo và chuyển giao hệ thống), kết quả nghiên cứu có thể nhanh chóng được triển khai trong thực tế. Mô hình nghiên cứu cũng có khả năng nhân rộng cho các đô thị khác, góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong lĩnh vực khí tượng thủy văn và nâng cao năng lực thích ứng với biến đổi khí hậu.
Quỹ PT KH, CN & ĐMST TP.HCM
