Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 và những tác động đến lĩnh vực KTTV

Hiện nay nhân loại đang bước sang cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Nhìn lại các cuộc cách mạng công nghiệp trong lịch sử cho thấy:

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất: Nổ ra vào khoảng năm 1784; đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất này là việc sử dụng năng lượng nước, hơi nước và cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng công nghiệp này được đánh dấu bởi dấu mốc quan trọng là việc James Watt phát minh ra động cơ hơi nước năm 1784. Phát minh vĩ đại này đã châm ngòi cho sự bùng nổ của công nghiệp thế kỷ 19 lan rộng từ Anh đến châu Âu và Hoa Kỳ.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2: ra đời từ khoảng năm 1870 đến khi Thế Chiến I nổ ra. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần này là việc sử dụng năng lượng điện và sự ra đời của các dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 diễn ra khi có sự phát triển của ngành điện, vận tải, hóa học, sản xuất thép và đặc biệt là sản xuất và tiêu dùng hàng loạt. Yếu tố quyết định của cuộc cách mạng này là chuyển sang sản xuất trên cơ sở điện - cơ khí và sang giai đoạn tự động hóa cục bộ trong sản xuất, mở ra kỷ nguyên sản xuất hàng loạt, được thúc đẩy bởi sự ra đời của điện và dây chuyền lắp ráp.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3: xuất hiện vào khoảng những năm 1960, với sự ra đời và lan tỏa của công nghệ thông tin (CNTT), sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Cuộc cách mạng này thường được gọi là cuộc cách mạng máy tính hay cách mạng số bởi vì nó được xúc tác bởi sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính, máy tính cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990).

Tác động của các cuộc cách mạng công nghiệp đến lĩnh vực KTTV:

Những tác động đối với lĩnh vực KTTV từ cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2.

- Cuộc cách mạng lần thứ 2 đã nâng cao công nghệ quan trắc và điện báo số liệu KTTV; các công nghệ quan trắc điển hình trong giai đoạn này như thám không vô tuyến ra đời trong những năm 1930, ra đa thời tiết ra đời những năm 1950. Cuộc cách mạng lần thứ 2 đã phát triển các thiết bị quan trắc và tăng nhanh mật độ trạm thủ công, từ đó có đủ dữ liệu để thực hiện phương pháp dự báo synop (những năm 1870). Sự ra đời của máy tính điện tử (1943 -1944) không chỉ thiết bị tính toán số liệu khí tượng thủy văn mà còn là cơ sở để thực hiện các phương pháp dự báo thủy văn đơn giản như hồi quy, mực nước tương ứng. Cuộc cách mạng lần thứ 2 cũng cho ra đời các thiết bị điện thoại cố định (những năm 1870), máy Icom (những năm 1950) phục vụ công tác điện báo số liệu KTTV.

- Cuộc cách mạng lần thứ 3 đã cho ra đời các thế hệ máy tính ống chân không (1940-1956), thế hệ máy tính dùng transistor (1956-1963), thế hệ máy tính mạch tích hợp (IC) (1964-1971), thế hệ máy tính dùng vi xử lý (microprocessor) (1971-2010). Cùng với quá trình phát triển của các thế hệ máy tính là sự phát triển của mô hình dự báo số trị; với máy tính thế hệ thứ 2 transistor cho phép mô hình số trị dự báo với độ phân giải rất thấp có bước lưới từ 200 - 300km thì đến thế hệ máy tính thứ 4 cho phép dự báo có độ phân giải tăng lên khoảng 50 lần có bước lưới từ 4 - 10 km. Sự phát triển của máy tính trong cuộc cách mạng lần thứ 3 không chỉ phát triển các mô hình khí tượng mà còn phát triển các mô hình dự báo thủy văn; từ các mô hình thủy văn thông số tập trung trong những thập niên 50 của thế kỷ 20 đến những năm đầu của thế kỷ 21, ngày nay các máy tính đủ mạnh để xử lý bản đồ địa hình, thảm phủ, địa chất, thổ nhưỡng cũng như đủ khả năng mô phỏng chi tiết theo không gian trong các mô hình thủy văn thông số phân bố, các mô hình thủy lực 1 chiều và 2 chiều. Cùng với sự phát triển của công nghệ dự báo khí tượng thủy văn, cuộc cách mạng lần thứ 3 cũng đã phát triển hệ thống quan trắc; trong đó, các trạm ra đa thời tiết thế hệ mới và ảnh vệ tinh độ phân giải cao, tăng mật độ trạm, thiết bị hệ thống trạm quan trắc được tự động không chỉ quan trắc chi tiết theo thời gian mà còn phủ kín từ vùng núi đến vùng biển đảo; đáp ứng yêu cầu dự báo, PCTT và phát triển kinh tế xã hội.

- Hiện nay, nhân loại đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 với thế hệ máy tính thứ 5 (2010-nay) đó là máy tính thông minh và trí tuệ nhân tạo (AI). Trước năm 2020, các máy tính hiệu năng cao với hàng trăm ngàn lõi tính toán cho phép các mô hình số trị dự báo với độ phân giải rất cao với bước lưới từ 1-3km thì sang năm 2025 các siêu máy tính dựa trên nền tảng điện toán đám mây là cơ sở để dự báo với độ phân giải chi tiết hơn theo không gian, thời gian, độ tin cậy cao hơn. Kết quả đầu ra của mô hình số trị là đầu vào cho các mô hình thủy văn, đặc biệt là các mô hình thủy văn thông số phân bố, thủy lực từ đó dự báo chi tiết theo không gian, thời gian và kéo dài thời hạn dự báo. Công nghệ quan trắc không chỉ hiện đại theo hướng tự động mà còn tăng mật độ các trạm quan trắc bề mặt, tăng độ phân giải và yếu tố của hoạt động quan trắc viễn thám từ đó có xây dựng lên hệ thống cơ sở dữ liệu lớn. Cùng với các mô hình mô phỏng và dự báo chi tiết đảm bảo dữ liệu để xây dựng công nghệ AI trong dự báo KTTV và cảnh báo/dự báo các loại hình thiên tai.

Đề xuất kiến nghị:

Để Đài KTTV Trung Bộ cùng hành trình của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, thiết nghĩ cần có kế hoạch thực hiện đột phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia theo Nghị quyết 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị, Quyết định số 2401/QĐ-BNNMT ngày 27/6/2025 của Bộ Nông nghiệp, Quyết định số 367/QĐ-KTTV ngày 24/7/2025 của Cục Khí tượng Thủy văn. Cá nhân tôi xin đề xuất một số nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc hệ thống CSDL và số hóa số liệu khí tượng thủy văn, thiên tai; dữ liệu phục vụ công tác dự báo, cảnh báo KTTV. Ứng dụng công nghệ AI số hóa số liệu các sổ quan trắc, giản đồ.

- Xây dựng hệ thống thu nhận, giải mã, lưu trữ số liệu từ các nguồn khác nhau và cập nhật trong hệ thống CSDL.

- Vì không mô hình nào vạn năng để dự báo đúng cho tất cả các trường hợp, các hình thế thời tiết, các lưu vực sông nên cần vận hành khai thác sử dụng kết quả của nhiều mô hình số trị, thủy văn, hải văn.

- Vận hành các mô hình số trị, kết nối và khai thác sản phẩm mô hình số trị của Trung tâm Dự báo KTTV Quốc gia, Viện KTTV.

- Vận hành nhiều mô hình toán thủy văn cho các lưu vực sông ở Trung Bộ, trong đó tập trung vào các mô hình thông số phân bố, thủy lực và mô hình mã nguồn mở. Xử lý dữ liệu dùng chung cho toàn bộ mô hình và vận hành tự động. Vận hành liên tục các mô hình làm biên, điều kiện ban đầu cho các mô hình toán thủy văn.

- Vận hành các mô hình hải văn khu vực Trung Bộ; tập trung vào các mô hình có hệ thống lưới lồng hoặc kết nối biên để mô phỏng và dự báo chi tiết hải văn ven bờ.

- Xây dựng công cụ AI hỗ trợ phân tích và lựa chọn kết quả dự báo từ các mô hình dự báo khí tượng, thủy văn, hải văn và số liệu thực đo các trạm, dữ liệu thiên tai.

- Sản phẩm dự báo, cảnh báo KTTV được truyền tải dưới dạng số bằng các app trên điện thoại thông minh và có khả năng tương tác với người sử dụng để thu thập thông tin về thiên tai làm cơ sở luyện công cụ AI./.