http://www.ebook.edu.vn
Phần 5 - Hoạt động của con ng{ời
Chơng 13
Dự báo v phân tích thời tiết
Các nhân viên dự báo của Cơ quan Thời tiết Quốc gia (NWS) đã bỏ ra một
phần lớn thời gian lm việc mỗi ngy để trả lời điện thoại với những câu hỏi về thời
tiết sắp tới. Đôi khi ngời ta muốn biết ván golf của mình có bị ma không hoặc l
những cây cảnh ngoi trời của họ có thể bị tổn thơng do sơng muối ban đêm hay
không. Nhng những khía cạnh quan trọng nhất của công việc của một nhân viên
dự báo không can dự đến những chuyện tiện nghi hay không đơn thuần, m l
những câu hỏi liên quan tới những vấn đề sống sót hay chết.
Đó l trờng hợp đối với Mark Moede, nh khí tợng học với Phòng dự báo của
NWS ở San Diego. Cuối tháng 8 năm 1998, phần lớn miền nam California đã bị đe
dọa bởi những vụ cháy do hoạt động dông sét nặng bất thờng phát sinh. Các nhân
viên cứu hỏa chiến đấu với lửa đã nhận đợc những tin cập nhật liên tục về điều
kiện thời tiết có thể ngăn chặn hoặc l khích lệ sự lây lan của đám cháy. Vo ngy 2
tháng 9 tình huống đã đạt tới giai doạn đỉnh điểm của nó. Pete Curran, nhân viên
của Cục phòng hỏa quận Orange, đã duy trì liên lạc trực tiếp với Moede nhằm cập
nhật liên tục về một loạt các trận lốc tố đang tới. Vấn đề l liệu lốc tố có tiếp tục
mạnh lên hay không, hoặc l liệu lốc tố có đi qua những khu vực nơi những ngời
chữa cháy đang tác nghiệp hay không. Nếu gió bão đi theo đờng đó, thì gió mạnh,
sấm sét nguy hiểm v ma ro mù mịt sẽ đa các đội cứu hỏa của Curran vo thế
nguy hiểm. Nhờ trợ giúp của rađa Doppler v thông tin từ các trạm thời tiết tự
động, Moede đã có một cú thông báo điện thoại đúng đắn. Ông đã khuyên Curran
rút các đội của mình khỏi tuyến đi xác suất cao của cơn bão, nơi gió trên 95 km/h
tạo nên một trận bão lửa không thể kiểm soát nổi. Về sau, những ngời chữa cháy
đã báo cáo lại rằng tuyến ho ngăn lửa m họ sơ tán khỏi đã bị thiêu trụi hon
ton. Nếu nh cuộc gọi yêu cầu sơ tán không đợc thực hiện, thì rất có thể l một số
lính chống cháy đã bị giết chết.
Chơng ny thảo luận những phơng pháp m
các nh d

thế no đó về các chuyển
động thẳng đứng nh một phần của tất cả những nỗ lực của bạn. Ngoi ra, chuyển
động ngang không thể không tính tới - bạn sẽ phải chấp nhận sự bình lu không
khí nóng hay không khí lạnh (chơng 10).
Về phơng diện gió, ở gần bề mặt, bạn đối mặt với những vấn đề dòng gió lân
cận mặt đất phức tạp v đánh giá nh thế no đó về các hiệu ứng ma sát giữa khí
quyển v bề mặt. Bên trên lớp ma sát thì sự việc đỡ rắm rối hơn, nhng cũng không
l bao. Bi toán cơ bản l bi toán về sự tơng tác liên tục: các chuyển động của khí
quyển lm thay đổi những chuyển động phát triển tiếp sau đó. Nói khác đi, sau một
thời gian ngắn, gió lm thay đổi gió. Cho nên, thậm chí dù bạn chỉ quan tâm tới
nhiệt độ, bạn không thể bảo l gió không đổi, trái lại, bạn buộc phải can dự vo
chuyện dự báo chuyển động khí quyển. Không may, đó l một việc rất khó khăn, bởi
vì khí quyển bất ổn định động lực. Nói nh thế chúng ta ám chỉ rằng những nhiễu
động bé nhỏ thờng lớn lên thnh các thnh tạo lớn dần dần áp đảo trờng chuyển
động. Do đó, cho dù bạn có thể chỉ quan tâm về chuyển động ở quy mô lớn nhằm
đáp ứng các mục đích về bình lu nhiệt, nhng bạn phải cân nhắc các chuyển động
cỡ nhỏ để m biết các hình thế quy mô lớn sẽ tiến hóa ra sao.
Rõ rng, dự báo thời tiết can dự vo một tập những bi toán liên kết với nhau,
mỗi bi toán khó m giải đợc một cách biệt lập, tách ra khỏi tập hợp. Trong bối
cảnh tất cả những khó khăn nh vậy, thật l đáng chú ý l dù sao thì các dự báo
đang cho thấy một sự đúng đắn no đó. Chúng ta chắc ch
ắn sẽ ngạc nhiên l
m thế
466
http://www.ebook.edu.vn
no m các dự báo có thể thnh công, thay vì phân vân tại sao các dự báo bị sai!
Công tác dự báo thời tiết do chính phủ Mỹ
thực hiện đã bắt đầu vo những
năm 1870, khi ấy Quốc hội thiết lập một Nha Thời tiết Quốc gia trực thuộc Cục
Quân báo. Đến năm 1890, cơ quan ny đổi tên thnh Phòng Thời tiết Quốc gia

bản phức tạp hơn có thể dùng độ giảm áp suất trong một số giờ đã qua để chỉ thị về
một hệ thống áp thấp đang tới v độ phủ mây tăng lên gắn liền với nó. Nói cách
khác, ta có thể chấp nhận rằng xu thế cũng có quán tín
h để lm một dự đoán về
những biến đổi của thời tiết. Tuy nhiên, ở đây ta đã ngoại suy sự diễn biến hiện tại
vo tơng lai, với nhận thức rằng cách ny rồi cũng sẽ thất bại một khi sự diễn biến
đó ngừng lại. Đơng nhiên, thờng l chính những bớc ngoặt đó so với diễn biến
quá khứ mới l cái m chúng ta muốn dự báo; vậy một phơng pháp không đảm
bảo đợc thông tin nh vậy thì chẳng mấy hữu ích.
467
http://www.ebook.edu.vn
Cho đến những năm 1950, việc phân tích v dự báo thời thiết phụ thuộc hon
ton vo kinh nghiệm của các nh khí tợng học v sự lý giải của họ về tình hình
thời tiết hiện tại v trong quá khứ gần. Anh ta hoặc chị ta (thờng l anh ta ở thời
ấy) sẽ sử dụng diễn biến quá khứ lm chỉ dẫn để xác định xem một hệ thống thời
tiết hiện tại rồi sẽ diễn biến ra sao. Nói khác đi, nh khí tợng học đã chủ yếu dựa
vo sự đối chiếu tình huống hiện tại với những điều kiện tơng tự đã gặp trớc đây
(nhng không nhất thiết phải l quá khứ gần nhất) để lm cơ sở cho một dự báo.
Cách tiếp cận ny đã dẫn đến sự phát triển v sử dụng rất nhiều qui tắc kinh
nghiệm, nhằm thâu tóm các hình thế có khả năng lặp lại v những mối liên hệ
giữa các yếu tố thời tiết khác nhau. Ví dụ, giáng thủy vo mùa đông ở miền đông
Hoa Kỳ v Canađa thờng l tuyết ở về phía bắc của đờng đồng mức độ cao 4560
m đối với mực 500 mb v ma ở về phía nam của đờng ny. Trong phơng pháp
đợc gọi l loại suy ny, ngời ta cố gắng nhận dạng những nét tơng tự giữa các
điều kiện hiện tại với những hình thế tơng tự v đã đợc nghiên cứu kỹ từ quá
khứ. Phơng pháp loại suy có nhiều biến dạng khác nhau, một số mang tính chủ
quan (tùy thuộc v
o trình độ của dự báo viên), một số khác khách
quan (dựa vo
những quan hệ thống kê). Song tất cả đều chấp nhận l những gì đã từng xảy ra

Trong những ví dụ trên, các dự báo đợc đa ra không kèm theo chỉ định giới
hạn. Các dự báo xác suất l một kiểu khác, trong đó khả năng của một sự kiện
no đó đợc nêu ra. Ví dụ, một dự báo phân loại bão có thể đợc biểu diễn thnh
một xác suất, chứ không phải thnh một khẳng định. Dự báo xác suất có thể có
nhiều dạng, phổ biến nhất có lẽ l dự báo xác suất của ma (dự báo PoP). Khi ngời
đa tin nói khả năng ma hôm ny l 70% hay có thể có ma ro buổi chiều với
xác suất 60%, thì đó một dự báo PoP. Chú ý rằng những dự báo ny không chỉ ra
một lợng ma. Trái lại, ý nghĩa của một dự báo PoP l ở chỗ một điểm chọn ngẫu
nhiên trong vùng dự báo sẽ nhận đợc lợng ma có thể đo đợc với xác suất nh
đã chỉ định. Ví dụ, một dự báo PoP 75% có nghĩa l khả năng có ma so với không
ma l 3:1, hay một cách tơng đơng, bạn chỉ có cơ may 1 trong 4 (25%) không bị
ớt trong suốt thời gian dự báo.
Đánh giá dự báo
Dù phơng pháp dự báo no đợc sử dụng,
hay kiểu dự báo l
gì, chúng ta
đơng nhiên cần có một cách no đó khẳng định một dự báo có tốt không. Cần thiết
những tiêu chí, ví dụ, để so sánh một phơng pháp dự báo với phơng pháp khác,
hay để quyết định xem phải cân nhắc ra sao đối với một dự báo khi lên các kế
hoạch. Quan trọng nhất, các chỉ số đánh giá rất cần thiết đối với những ngời chịu
trách nhiệm phát triển v điều hnh các chơng trình dự báo. Vì ngời ta đang liên
tục cố gắng cải tiến các quy trình thu thập dữ liệu v dự báo (với chi phí ngy cng
tăng), cho nên cần có các phơng pháp phán xét giá trị của những cải tiến, điều tiết
những chi phí tơng lai v xác định lợi ích trong đầu t. Mặc dù với t cách l
ngời sử dụng, chúng ta không đợc nghe nghiều về đánh giá dự báo, nhng đó l
một bộ phận hng ngy v không thể thiếu của công tác dự báo chuyên nghiệp.
Qua nhiều năm, nhiều tiêu chí đánh giá v cách đánh giá dự báo đã đợc đề
xuất, mỗi tiêu chí có những u v nhợc điểm riêng. Để phân loại các tiêu chí,
chúng ta phải nghĩ ngay đến mục đích của việc đánh giá. Chúng ta muốn thông tin
về chất lợng dự báo hay l giá trị dự báo? Chất lợng dự báo căn cứ vo sự

dự báo trung bình cao hơn hoặc thấp hơn giá trị trung bình thực. Ngợc lại, một
phơng pháp dự báo không bị chệch sẽ không thể hiện xu thế dự báo thiên cao hoặc
thiên thấp. Tất nhiên, điều ny cha nói lên đợc phơng pháp l hon hảo, nó chỉ
có nghĩa l giá trị thiê
n cao trung bình đúng bằng giá trị thiên thấp trung bình,
khiến cho sai số trung bình bằng 0. Ví dụ, nếu bạn muốn dự báo số chấm sau khi
thả một con súc sắc, bạn có thể dự báo l 3,5 chấm trong mỗi lần thả. Sau nhiều lần
thả (một con súc sắc tốt), giá trị trung bình của số chấm sẽ l 3,5, trùng khớp với
các dự báo của bạn vì thế các dự báo không bị chệch. Tất nhiên, phơng pháp ny
không thể cho dù l chỉ một dự báo đúng. Rõ rng l, mặc dù độ chệch l một tiêu
chí hữu ích, chúng ta còn cần các tiêu chí chính xác không cho phép các sai số
dơng vô hiệu hóa các sai số âm. Tiêu chí đơn giản nhất l sai số tuyệt đối trung
bình (MAE), nó bỏ qua dấu (dơng hoặc âm) của các sai số. Tức l, các dự báo thiên
cao v thiên thấp đợc coi ngang hng nhau v đợc xử lí nh nhau v chúng ta chỉ
tìm sai số trung bình m không quan tâm tới dấu.
Đối với những ngời không chuyên nghiệp sử dụng một dự báo, độ chính xác có
lẽ l vấn đề chất lợng quan trọng nhất. Nhng những ngời chuyên nghiệp, những
ngời phát triển các phơng pháp dự báo thì thờng quan tâm đến kỹ năng dự
báo. Kỹ năng dự báo có thể đợc đo bằng nhiều cách khác nhau, song về đại thể,
khái niệm ny đợc định nghĩa l sự tiến bộ của phơng pháp dự báo đó so với các
kết quả dự báo bằng phơng pháp khí hậu, quán tính hay các phơng pháp đợc
gọi l không có kỹ năng khác. Nếu nh phơng pháp
dự báo không tốt hơn việc
dựa vo các giá trị khí hậu, kỹ năng dự báo của phơng pháp đó đợc cho l bằng 0
một dự báo khí hậu không cần thiết các kiến thức đặc biệt về hoạt động của khí
quyển v do đó không có kỹ năng dự báo. Ví dụ, cha từng có một lợng ma có thể
đo đợc no đợc ghi nhận ở Jerusalem vo tháng 7 trong suốt 100 năm qua. Một
phơng pháp bất kỳ đa ra dự báo không ma vo tháng 7 chắc chắn l sẽ thuộc
loại khá chính xác trong phần lớn các trờng hợp. Giống nh vậy, nếu bạn dự báo
470

Trung tâm Quốc gia Dự báo Môi trờng (NCEP) của Cơ quan Thời tiết Quốc gia
(NWS) thực hiện các nhiệm vụ ny, còn ở Canađa - do Trung tâm Khí tợng
Canađa của Nha Môi trờng Khí quyển (AES) thực hiện.
Không có gì ngạc nhiên, nớc Mỹ có một mạng lới trạm quan trắc khí tợng
mặt đất tơng đối dy đặc. Trong khoảng 1000 vị trí các điều kiện thời tiết bề mặt
đợc quan trắc thì có khoảng 120 trạm l ở các trụ sở của Cơ quan Thời tiết Quốc
gia; số còn lại l ở các sân bay của Cơ quan Điều hnh Hng không Liên bang
(FAA). AES của Canađa có khoảng 720 trạm đo mặt đất. Các trạm ny ghi lại nhiệt
độ, độ ẩm, áp suất, tình trạng mây (bao gồm loại mây v độ cao chân mây v tỷ
phần diện tích bầu trời bị mây che phủ), hớng v vận tốc gió, tầm nhìn xa, sự xuất
hiện các điều kiện thời tiết đặc biệt, nh sơng mù hoặc ma v lợng m
a tích lũy

đo đợc tại mặt đất. Nh một phần của chơng trình nâng cấp v hiện đại hóa hiện
471
http://www.ebook.edu.vn
nay (xem chuyên mục 13-1: Chuyên đề: Hiện đại hóa Cơ quan Thời tiết Quốc gia),
FAA v NWS đã lắp đặt hơn 800 đầu thu tự động, đợc gọi l Hệ thống Quan trắc
Mặt đất Tự động (viết tắt l ASOS) để đo đạc v ghi lại những yếu tố trên (hình
13.1). AES cũng đang cho hoạt động hơn 100 trạm quan trắc trên khắp nớc
Canađa, tơng tự nh hệ ASOS, v đợc gọi l Hệ thống Quan trắc Thời tiết Tự
động (AWOS).
Hình 13.1. Một trạm ASOS điển hình
Ngoi các quan trắc mặt đất đợc thực hiện tại những trạm ny, NWS còn thả
những bóng thám không, đợc bơm khí hyđrô, mang theo các bộ máy đo thời tiết,
đợc gọi l máy thám sát vô tuyến (radiosonde) (hình 13.2) . Hai lần một ngy
vo các hạn 0000 v 12000 giờ UTC
*
(Thời gian Đồng bộ Toun cầu, Universal
*

khoảng trống về độ phủ không gian cả
trên lục địa lẫn đại dơng.
Đến những năm 1970, sử dụng các
máy tính tốc độ cao v các vệ tinh phức
tạp đã trở thnh chuyện bình thờng
trong dự báo nghiệp vụ. Các vệ tinh địa
tĩnh (vệ tinh quay quanh xích đạo một
vòng trong một ngy v do đó giữ nguyên
vị trí cố định bên trên mặt đất) v những
phiên bản quỹ đạo cực của chúng (vệ tinh
quay từ cực đến cực trong khi hnh tinh ở
phía dới xoay) không chỉ cung cấp ảnh
nhìn thấy v ảnh hồng ngoại về mây, m
còn xác định các đặc trng nhiệt độ v độ
ẩm tại các độ cao của khí quyển.
Sự kết hợp giữa quỹ dữ liệu tăng lên
v năng lực xử lý dữ liệu hon thiện hơn
bao giờ hết đã giúp các nh dự báo có thể
tin tởng dựa vo đầu ra của mô hình
l
m chỉ dẫn cho các dự báo của họ.
Nhng đến những năm 1980, ngời ta đã
quyết định rằng một cuộc cải tổ to lớn đối
với Cơ quan Thời tiết Quốc gia l cần
thiết để đảm bảo trình độ dự báo cao
nhất có thể v cảnh báo thời tiết cực đoan
nói riêng. Do đó m bắt đầu chơng trình
hiện đại hóa NWS.
Một trong các bớc đầu tiên của quá
trình hiện đại hóa l cải tiến phần cứng

cho tới 72 mực khác nhau trong khoảng
từ 0,5 tới 10 km bên trên mặt đất. Chúng
vận hnh cùng một lúc phát xạ ba chùm
tia rađa. Một chùm đi thẳng từ bề mặt
lên trên. Hai chùm khác nghiêng 16 độ so
với đờng thẳng đứng, một chùm định
hớng về phía bắc, chùm kia định hớng
về phía đông. Những thay đổi về bớc
sóng của các chùm tia ra đa phản xạ
ngợc trở lại xuất hiện thích ứng với sự di
chuyển của những tác nhân phản xạ khác
nhau (nh bụi, côn trùng, các phân tử
không khí) v chỉ thị về tốc độ v hớng
gió. NOAA hiện đang vận hnh 29 trạm
rađa quét lát cắt ở khắp miền trung Hoa
Kỳ. Nếu hệ thống chứng tỏ có giá trị đối
với các nh dự báo, mạng lới ny sẽ mở
rộng tới khoảng 120 rađa quét lát cắt.
Hiện đại hóa không chỉ bao gồm áp
dụng công nghệ mới, m còn hiện đại hóa
mọi hoạt động. Trớc đây có 52 phòng dự
báo dịch vụ thời tiết v 204 phòng dịch vụ
thời tiết nhỏ hơn. Hiện nay, hng ngy
công việc đợc tiến h
nh tại 119 phòng
dự báo thời tiết, đảm bảo an ton đá
ng kể
cho công chúng.
Hình 13.2. Một bóng thám sát vô tuyến đ~ợc thả bên
ngoi Phòng dịch vụ Thời tiết ở Topeka, Kansas

hình chính. Các mô hình đợc cập nhật liên tục, v dần dần những mô hình mới
đợc đa ra, còn những mô hình cũ bị loại bỏ. Mặc dù có những khác biệt rất lớn
giữa các mô hình, song quy trình chung thì nh nhau đối với tất cả các mô hình số.
Công đoạn phân tích
Đầu tiên l pha phân tích, trong đó các quan trắc đợc sử dụng để cung cấp
các giá trị ứng với trạng thái ban đầu (hiện tại) của khí quyển đối với tất cả các
biến trong mô hình. Hãy nhớ rằng các mô hình thuộc loại ba chiều, nghĩa l cần có
các giá trị cho khắp chiều dy khí quyển, không chỉ tại bề mặt. Hơn nữa, một số
trong các mô hình có một miền tính ton cầu
bao phủ ton bộ hnh tinh, v do đó
chúng đòi hỏi các giá trị ban đầu ở mọi nơi, trên đất liện v đại dơng.
Đáng tiếc, mạng lới các trạm thời tiết v thả bóng thám không vô tuyến rất
rời rạc v tha thớt không đảm bảo độ phủ đều. Một phần công việc phân tích l
chuyển đổi các quan trắc không đồng đều đó thnh những giá trị ban đầu đồng
nhất. Dù chỉ l một bớc chuẩn bị, song đó l một nhiệm vụ khó. Có hng triệu giá
trị dữ liệu từ rất nhiều nguồn (vệ tinh, tầu biển v.v ) v đại diện cho các thời điểm
khác nhau. Không có một quan trắc no l hon ton tránh khỏi sai số v nhiều
quan trắc bị sai số lớn. Cần phải loại bỏ cng nhiều sai số cng tốt v đồng thời tạo
ra các trờng có tính chất tự hòa hợp. Ví dụ, khi các tốc độ gió đợc gán thì trờng
gió kết quả phải thỏa mãn sự bảo ton khối lợng.
Các giá trị quan trắc còn phải hòa hợp với mô hình cụ thể đang đợc sử dụng.
Tất cả các mô hình l những xấp xỉ của khí quyển thực, v điều quan trọng l
475
http://www.ebook.edu.vn
trờng ban đầu không chứa những thnh tạo m không thể biểu diễn đợc bằng mô
hình. Nếu không, ngay từ đầu thời kỳ dự báo mô hình sẽ điều tiết tới sự không ăn
khớp giữa các điều kiện ban đầu v cái m nó cho l khả dĩ. Sự điều tiết đó sẽ đợc
xếp chồng lên những biến thiên nếu có sinh ra từ những quá trình trong phạm vi
bao quát đợc của mô hình v sẽ có thể lm hỏng dự báo. Các mô hnhf khác nhau
do đó phải dựa trên những phơng pháp phân tích khác nhau. Tuy nhiên, đối với

5) Lợng giáng thủy.
Các sản phẩm ny đợc sử dụng theo nhiều cách, một số cách đợc mô tả sau
trong chơng ny. Nói một cách tổng quát, các nh dự báo nghiên cứu các bản đồ
của từng thời hạn v lý giải những điều kiện có thể đi kèm với những hình thế nh
vậy. Các bản đồ đợc đối chiếu với nhau v với những bản đồ tơng ứng từ các mô
476
http://www.ebook.edu.vn
hình khác đối với cùng thời hạn. Dĩ nhiên, các dự báo mô hình có khác nhau giữa
các mô hình - ngời dự báo sử dụng đầu ra của mô hình lm chỉ dẫn, cân nhắc các
kết quả một cách khác nhau tùy theo cái gọi l những điểm mạnh v những điểm
yếu của mỗi mô hình v bổ sung chỉ dẫn mô hình bằng những phân tích v quan
trắc khác.
Thờng l dự báo thực sự (cuối cùng) sẽ không khớp với mô hình no đó một
cách chính xác. Ví dụ, các hình 13.3a, b v c cho thấy các dự báo giáng thủy từ ba
mô hình đối với ngy 2/6/1992. Mặc dù tất cả ba dự báo đều cho ma lớn ở khu vực
Texas-Oklahoma, vị trí v lợng ma biến đổi đáng kể giữa các mô hình. (Trung
tâm Oklahoma sẽ đơc 5 inch hay 1,5 inch?) Nh có thể thấy trên hình 13.3d, ngời
dự báo tạo ra một dự báo bằng tay khá khác so với mội mô hình, khu vực ma cực
đại đã dịch về phía nam v phía đông của các mô hình. Buồn thay, tự nhiên hôm ấy
thật bớng bỉnh, lm thất vọng cả máy lẫn ngời - ma lớn nhất thấy ở điểm cực
đông nam Texas (hình 13.3e). Dù rằng dự báo không thnh công, điều chúng tôi
muốn nhấn mạnh ở đây l đầu ra mô hình kết hợp với thông tin khác trong khi đa
ra các dự báo chính thức. Các mô hình số chắc chắn tốt hơn những phơng pháp
chủ quan đơn thuần, nhng một tổ hợp của đầu ra mô hình v thông tin khác (kể cả
sự cân nhắc chủ quan) thì thậm chí còn tốt hơn.
Các đoờng biểu diễn
loợng moa bằng inch
Hình 13.3. Các dự báo
l~ợng m~a 24 giờ từ 3
mô hình số (a-c), dự

mùa hè năm 1995. Các điểm kỹ năng giảm đáng kể khi tăng lợng giáng thủy, nó
nói lên sự khó khăn của việc dự báo giáng thủy lớn vì giáng thủy lớn có xu hớng
cục bộ rất cao. Một nét nổi trội nữa l có những khác biệt đáng kể giữa các mô hình,
mặc dù các cấp kỹ năng của các mô hình l nh nhau đối với tất cả các lợng giáng
thủy. Ví dụ, mô hình A luôn có kỹ năng cao nhất, trong khi mô hình D cho thấy kỹ
năng thấp tại tất cả các mức giáng thủy. (Nói chung không phải nh vậy - nếu sử
dụng các tiêu chí kỹ năng khác, thì các mô hình sẽ thay đổi vị trí tơng đối với
nhau).
Hình 13.4. Kỹ năng dự báo 24 giờ đối với
các mô hình của NCEP v l~ợng giáng
thủy. Chỉ dự báo cho mùa nóng (tháng 3
đến tháng 8) của nam~ 1995
Còn có thể thấy những biến thiên kỹ năng theo mùa khá đáng kể, nh đã thấy
trên hình 13.5, hình ny thể hiện các dự báo 1 inch cho kỳ 10 ngy (1984-1993). Rõ
rng, giáng thủy mùa đông đợc dự báo với kỹ năng cao hơn nhiều so với ma mùa
hè. Điều ny một phần do những biến thiên mùa trong các quá trình giáng thủy.
Khi chúng ta đi từ các hệ thống lớn, quy mô synop trong mùa đông tới đối lu quy
mô nhỏ hơn trong mùa hè, thì dự báo sẽ trở nên khó hơn đối với vị trí chính xác của
478
http://www.ebook.edu.vn
các sự kiện giáng thủy. Thứ hai, giáng thủy mùa đông có xu hớng kém mạnh hơn
nhiều, với những trận gió bão kéo di nhiều giờ. Cuối cùng, trong mùa đông thờng
l chỉ có một số trung tâm giáng thủy lớn gắn liền với các front v các xoáy thuận vĩ
độ trung bình. Những trung tâm đó có thể đợc các nh dự báo chú ý nhiều hơn so
với nhiều trận lốc tố bất ngờ xuất hiện v những nhiễu động nhỏ khác xuất hiện
loáng thoáng trong mùa hè.
Hình 13.5. Kỹ năng dự báo giáng thủy 1 inch, hạn 24 giờ của
NCEP lấy trung bình trong các năm 1983-1993. Kỹ năng ny l
của dự báo bằng tay, không phải ltừ một mô hình cụ thể no
Điểm cuối cùng cần nhận xét đó l mặc dù những tiến bộ không ngờ trong công

http://www.ebook.edu.vn
biến ny bây giờ đợc biết tới nh một đặc trng của nhiều hệ thống tự nhiên v
con ngời v đợc gọi l hunh vi ngẫu nhiên.
Sự ngẫu nhiên l một vấn đề nghiêm trọng đối với dự báo thời tiết bởi vì các
điều kiện ban đầu không bao giờ đợc biết một cách chính xác. Do đó, ví dụ, nếu
một rãnh ở mực cao xuất hiện trong dự báo hạn 15 ngy, thì không có cách no biết
đợc nó l thực hay nó sinh ra vì các sai số trong dữ liệu ban đầu. Dự báo tổ hợp
sử dụng nhiều lần chạy mô hình bắt đầu với những giá trị ban đầu hơi khác nhau.
Các trờng ban đầu khác nhau đợc tạo ra bằng cách đa những biến thiên nhỏ
(những nhiễu) vo trong trờng đợc cho l tốt nhất. Có một số phơng pháp để
gán các nhiễu, nhng tất cả đều mu tính sao để mô phỏng (bắt chớc) các sai số có
thể xuất hiện một cách hợp lý trong dữ liệu. Từ tổ hợp các điều kiện ban đầu đó,
một tổ hợp các dự báo đợc lập ra, mỗi dự báo khác với các dự báo khác.
Hình 13.7. Dự báo tổ hợp 10 ngy từ mô hình NCEP MRF.
Đ~ờng đồng mức 5700 vẽ cho tất cả 17 thnh phần tổ hợp
Hình 13.7 cho thấy một tổ hợp 10 ngy từ NCEP đối với Bắc bán cầu. Bản đồ
ny l một kiểu bản đồ 500 mb, ngoại trừ chỉ có một đờng đồng mức độ cao đợc
481
http://www.ebook.edu.vn
thể hiện: đờng 5700 m. 17 thnh viên tổ hợp NCEP đợc thể hiện, cộng với dự báo
chạy không nhiễu (kiểm tra). Hãy lu ý rằng tất cả các thnh viên tổ hợp đều cho
một rãnh ở Tây Thái Bình Dơng. ý nghĩa ở đây l các sai số có thể tồn tại trong dữ
liệu, chúng không ảnh hởng tới dự báo ở đây. Do đó, chúng ta có thể có niềm tin
no đó rằng một rãnh thực sẽ phát triển. Nhng trên khu vực trung tâm châu á,
Tây Âu v Bắc Đại Tây Dơng, độ tản tổ hợp lớn hơn: các thnh viên tổ hợp thể
hiện rất ít nhất quán với nhau, mách bảo rằng chúng ta nên ít tin tởng hơn với dự
báo đối với các khu vực đó. (Dơng nhiên, chúng ta không nên chỉ dựa vo một
đờng đồng mức duy nhất để có quyết định cuối cùng v nên xem các biến số khác
ngoi độ cao 500 mb).
Hình 13.7 minh họa khả năng quan trọng nhất của các tổ hợp, đó l cung cấp

đợc dự báo đều đặn với hạn báo trớc đến một năm. Các dự báo SST đợc dựa trên
một tổ hợp ba mô hình:
482
http://www.ebook.edu.vn
1) Một mô hình thống kê loại suy;
2) Một mô hình thống kê chuẩn hóa dựa trên những quan hệ tơng quan
quan trắc đợc trong không gian v thời gian;
3) Một mô hình số.
Trong mô hình số, đại dơng v khí quyển đợc kết nối sao cho đại dơng thích
ứng với những biến thiên trong khí quyển v ngợc lại. Đầu ra của ba mô hình đợc
tổ hợp lại bằng phơng pháp thống kê để đa ra dự báo cuối cùng.
Một sản phẩm khác của Trung tâm Dự báo Khí hậu l tổng quan mùa, một
loại dự báo cho ton bộ một mùa, thờng hay bị hiểu sai. Trái lại với các dự báo hạn
di dự báo các điều kiện cho những ngy cụ thể, các dự báo tổng quan mùa dự báo
các điều kiện trung bình trong một loạt ngy. Hình 13.8 thể hiện quy cách, trong đó
các mùa đợc phân lớp thnh trên chuẩn, gần chuẩn hay dới chuẩn. Các lớp
đợc định nghĩa sao cho trên chuẩn gồm một phần ba phân bố trên; nghĩa l theo
định nghĩa lớp trên chuẩn xuất hiện khoảng 33 % số lần, khi một biến nằm trong
cung phận 66 hoặc cao hơn. Gần chuẩn v dới chuẩn đợc định nghĩa một cách
tơng tự, tuần tự l một phần ba giữa v một phần ba dới. Nh vậy, không cần
một hiểu biết đặc biệt no, chúng ta có thể dự báo trên chuẩn với độ chính xác
33% v giống nh vậy với gần chuẩn v dới chuẩn. Giả sử chúng ta nghĩ các
điều kiện gần chuẩn l hon ton có thể, chẳng hạn có thể tới 45 %. Trong trờng
hợp đó chúng ta đã đ

a ra một dự báo gần chuẩn. Nhng nếu chúng ta nghĩ cá
c
khả năng chỉ l 34 %, thì có lẽ chúng ta sẽ từ chối không lm một dự báo dựa trên
những căn cứ rằng các điều kiện trên chuẩn hoặc dới chuẩn chỉ có khả năng nh
nhau. Nhìn lên các bản đồ, bạn thấy rằng phần lớn vùng, các xác suất gần với khí

Chúng ta kết thúc mục ny bằng việc chỉ ra rằng mặc dù những tiến bộ hiện
nay về năng lực máy tính v độ phức tạp của mô hình rất ấn tợng, chúng ta còn
rất xa mới có thể dự báo thời tiết đúng 100 %. Trớc hết, không thể phát triển đợc
một mô hình mô phỏng hon ton đợc tất cả các quá trình với tất cả các quy mô
không gian v thời gian. Lý do một phần l vì hiểu biết cha đầy đủ - đối với một số
quá trình thì lý thuyết cơ sở cha hon chỉnh, cho nên mọi chơng trình máy tính
dựa trên lý thuyết đó sẽ không hon thiện (chuyển động rối l một ví dụ điển hình).
Nhng ngay cả với hiểu biết hon thiện, thì cũng không thể xây dựng đợc một mô
hình hon thiện - những yêu cầu tính toán l rất lớn. Trái Đất có một chu vi bằng
khoảng 40000 km, nên đó l kích thớc lớn nhất một mô hình hon chỉnh cần thể
hiện. Còn thnh tạo nhỏ nhất m chúng ta cần l cái gì? Để thảo luận, ta lấy ví dụ,
trong một mô hình hon thiện, thì các hạt mây đờng kính 4
m

phải xuất hiện,
cha nói đến những gì bé hơn. Có nghĩa l mô hình phải lm việc với một dải các
thnh tạo có kích thớc phủ lên 13 bậc độ lớn.
Các mô hình ngy nay bao hm đợc các quy mô khoảng 3 bậc độ lớn. Để đạt
tới 4 bậc độ lớn, độ phân giải khoảng 5 km, sẽ cần một máy tính một nghìn lần
mạnh hơn. Ngay cả cái đó vẫn sẽ lm cho chúng ta thiếu mất 9 bậc độ lớn mới tới
đích, hay một thừa số bằng một tỷ. Với khối tính tính toán khổng lồ nh vậy, cộng
với lý thuyết cha hon chỉnh, thì khó m hình dung rằng sai số mô hình một khi
no đó sẽ hết.
Nhng sai số mô hình chỉ l một phần của vấn đề; sự ngẫu nhiên l một trở
ngại chính khác. Trớc đây, chúng ta đã đề cập một cách ngắn gọn về sự bất ổn
định động lực, trong đó các nhiễu động sẽ lớn lên về kích thớc theo thời gian. Nếu
vậy, thì nhất thiết sẽ có một quá trình lan truyền năng lợng đi lên từ các quy mô
nhỏ tới các quy mô lớn hơn. Để lm cho phát biểu lơ mơ ny có cơ sở chắc chắn, ta
xét một dòng sông chuyển động chầm chậm. Khi nớc chảy qua một vật cản, một
xoáy nớc hay một cuộn xoáy đợc sinh ra. Trong trờng hợp ny, một thnh tạo

Bản đồ bề mặt
Bản đồ bề mặt về những điều kiện thống trị (nh bản đồ đợc thể hiện trên
hình 13.9) biểu diễn một bức tranh tổng quát về phân bố áp suất mực nớc biển v
vị trí của các biên ranh giới front.
áp suất đợc biểu diễn bằng các đờng đẳng áp
vẽ cách nhau từng 4 mb, với những vùng áp suất cao nhất v thấp nhất cục bộ đợc
ghi nhãn tuần tự l
H v L.
Hình 13.9. Một bản đồ thời tiết bề mặt điển hình
Các thnh tạo quy mô lớn. Ngay cả một ngời không chuyên nghiệp có thể
rút ra một số nhận xét khi sơ bộ xem xét một bản đồ thời tiết bề mặt. Các tốc độ v
hớng gió tổng quát tuân theo các quy luật đã đợc bn luận ở chơng 4. Tức l, tốc
486
http://www.ebook.edu.vn
độ gió biến thiên tuân theo khoảng cách của các đờng đẳng áp v gió ở Bắc bán
cầu xoay theo chiều kim đồng hồ ra bên ngoi các hệ thống áp suất cao v ngợc
chiều kim đồng hồ vo trong các áp thấp. Các hệ thống áp cao thuận lợi cho những
chuyển động thẳng đứng giáng xuống gây nên những bầu trời quang mây, còn áp
thấp thì khuyến khích các dòng thăng dẫn tới lạnh đi đoạn nhiệt v hình thnh
thảm mây. Các bản đồ bề mặt trở thnh thậm chí có giá trị hơn khi xem theo loạt
nối tiếp. Bởi vì các bản đồ mới đợc xây dựng từng ba giờ một, ngời ta có thể dễ
dng theo dõi sự di dịch của các hệ thống thời tiết riêng biệt khi chúng di chuyển.
Bằng cách chấp nhận rằng các hệ thống sẽ tiếp tục diễn biến nh trong vi giờ
trớc, có thể suy ra sự di chuyển v mạnh lên hay tiêu tan của chúng trong một số
giờ tiếp theo.
Mô hình trạm. Chúng ta có thể biết chi tiết hơn về các điều kiện tại những
nơi cụ thể nhờ các mô hình trạm. Rất nhiều yếu tố thời tiết, bao gồm nhiệt độ, điểm
sơng v áp suất, đợc thể hiện trong mỗi mô hình trạm. Một mô hình trạm đầy đủ
chứa một số thông tin vợt quá yêu cầu của phần lớn ngời xem bản đồ, cho nên
hình 13.10 chỉ thể hiện những ký hiệu quan trọng nhất.

488
http://www.ebook.edu.vn
Các bản đồ mực cao
Hai lần một ngy, tại 0000 v 1200 UTC (thời gian đồng bộ ton cầu) các
Trung tâm Quốc gia về Dự báo Môi trờng truyền phát các bản đồ những mực quan
trắc 850, 700, 500, 300 v 200 mb. Các bản đồ dự báo cũng đợc tạo ra cho những
mực đó đối với một loạt thời hạn báo trớc. Dù các bản đồ biểu diễn tình hình hiện
tại hay dự báo, mỗi bản đồ đều cung cấp những thông tin độc đáo của riêng nó cho
ngời phân tích thời tiết.
Bản đồ 850 mb. Mực 850 mb thể hiện một độ cao trung bình bằng 1,5 km (1
dặm) bên trên mực nớc biển. Vì ma sát thờng đợc xem l có thể bỏ qua tại các
độ cao khoảng 1,5 km bên trên bề mặt, dòng gió građien hay địa chuyển có thể tồn
tại tại mực ny trên vùng đất với các cao độ gần mực nớc biển. Mặt khác, phần lớn
khu vực dãy núi Rocky Mountains của miền tây nớc Mỹ v Canađa có các cao độ
trên độ cao ny, cho nên ở những vùng đó bản đồ 850 mb thực sự biểu diễn các điều
kiện gần bề mặt. Tại các cao độ lớn, ma sát cản trở gió v không khí thổi phần no
cắt qua các đờng đồng mức độ cao. Hình 13.11 cho biểu diễn một bản đồ 850 mb
điển hình.
Các độ cao của mực 850 mb đợc vẽ bằng những đờng liền nét, tơng tự nh
các đờng đẳng áp đợc thấy trên các bản đồ bề mặt. Các đờng đồng mức cách
nhau những khoảng 30 m v đợc ghi nhãn bằng đơn vị đecamét (10 m). Do đó, một
giá trị bằng 150 biểu diễn một độ cao bằng 1500 m. Mặc dù không đợc vẽ ra cụ
thể, song các đờng biên ranh giới front đợc nhận ra tại mực 850 mb, nơi các
đờng đồng mức độ cao ép sát lại gần với nhau. Các nhiệt độ không khí (bằng
o
C)
tại mực 850 mb (v tất cả các mực cao hơn) đợc vẽ bằng những đờng gạch nối.
Hình 13.12 cho thấy một hình thế giả định của các độ cao v nhiệt độ trên một
khu vực không phải l núi giả định. Với giả thiết đó, mực 850 mb đủ xa bên trên bề
mặt để cho dòng gió građien, v gió thổi song song với các đờng đồng mức độ cao.