Ứng dụng mô hình số trong dự báo sóng và nước dâng do bão: Kinh nghiệm từ cơn bão WIPHA năm 2025

Tại Hội thảo Thiên tai trên biển 2026, diễn ra từ ngày 2-4/11/2026 tại Hà Nội, bà Vũ Gia Linh, Đài KTTV Bắc Bộ đã trình bày về Ứng dụng mô hình số trong dự báo sóng và nước dâng do bão: Kinh nghiệm từ cơn bão WIPHA năm 2025.

Tăng cường năng lực dự báo khí tượng thủy văn biển khu vực Bắc Bộ

Khu vực dự báo biển của Đài KTTV Bắc Bộ bao gồm vùng biển phía Bắc và một phần phía Nam vịnh Bắc Bộ, kéo dài từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa. Đây là khu vực có hoạt động hàng hải, khai thác thủy sản, nuôi trồng thủy sản và du lịch biển phát triển, đồng thời thường xuyên chịu ảnh hưởng của bão, áp thấp nhiệt đới và các hiện tượng thời tiết nguy hiểm trên biển.

Hiện nay, Đài KTTV thực hiện công tác dự báo, cảnh báo cho 5 tỉnh, thành phố ven biển gồm Quảng Ninh, Hải Phòng, Hưng Yên, Ninh Bình và Thanh Hóa. Mạng lưới quan trắc hải văn được bố trí từ Trà Cổ đến Sầm Sơn, trong đó có các trạm quan trắc ngoài khơi như Cô Tô và Bạch Long Vĩ.

Các yếu tố quan trắc chủ yếu bao gồm sóng biển, mực nước biển, gió và khí áp, với các thời điểm quan trắc định kỳ vào 01 giờ, 07 giờ, 13 giờ và 19 giờ hằng ngày. Nguồn số liệu này đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi diễn biến các hiện tượng nguy hiểm, đồng thời phục vụ kiểm chứng và đánh giá chất lượng sản phẩm dự báo.

Các sản phẩm dự báo biển của Đài KTTV Bắc Bộ tương đối đa dạng, bao gồm cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, dự báo hạn vừa đến 10 ngày, dự báo tháng và nhận định mùa. Những yếu tố được quan tâm đặc biệt là gió mạnh, độ cao sóng, nước dâng do bão, dòng chảy biển, thủy triều và tầm nhìn xa.

Trong công tác dự báo, nhóm chuyên gia đang ứng dụng các mô hình số trị như SWAN để dự báo sóng biển, ROM2D và ROM3D để mô phỏng, dự báo nước dâng do bão. Bên cạnh đó, công cụ DNORA được sử dụng để hỗ trợ thiết lập lưới tính, địa hình đáy biển và các trường dữ liệu đầu vào, phục vụ mô phỏng sóng biển khu vực bằng mô hình SWAN.

Bão WIPHA năm 2025 và những tác động đáng chú ý đến vùng biển Bắc Bộ

Năm 2025, trên Biển Đông ghi nhận 21 xoáy thuận nhiệt đới, bao gồm 15 cơn bão và 6 áp thấp nhiệt đới. Trong số này, có 5 cơn bão và 1 áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến khu vực Bắc Bộ.

Đáng chú ý, bão WIPHA (bão số 3 năm 2025) là một trường hợp điển hình cho thấy mức độ nguy hiểm của các hiện tượng thời tiết cực đoan đối với vùng biển và ven biển Bắc Bộ.

Sau khi đi vào Biển Đông ngày 19/7/2025, WIPHA di chuyển nhanh và mạnh lên đáng kể. Đến ngày 20/7, bão đạt cường độ cấp 12, giật cấp 15 trên vùng biển phía Bắc Biển Đông. Ngày 21/7, bão đi vào khu vực vịnh Bắc Bộ và tiếp tục gây ra các điều kiện thời tiết nguy hiểm trên biển. Sáng ngày 22/7, bão đổ bộ khu vực Hải Phòng - Ninh Bình, sau đó suy yếu khi đi sâu vào đất liền.

Trong thời gian ảnh hưởng của bão, gió mạnh trên vịnh Bắc Bộ đạt cấp 10-11, giật cấp 14. Khu vực ven biển từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa ghi nhận gió mạnh cấp 7-9, giật cấp 10-11. Sóng biển tại khu vực ngoài khơi vịnh Bắc Bộ có thời điểm cao trên 4 m, trong khi vùng biển ven bờ phía Bắc phổ biến khoảng 2,5-3,5 m.

Đặc biệt, nước dâng do bão dọc ven biển từ Quảng Ninh đến Ninh Bình đạt khoảng 0,4-0,9 m. Khi kết hợp với triều cường và sóng lớn, hiện tượng này làm gia tăng nguy cơ ngập úng khu vực ven biển, cửa sông và các vùng trũng thấp. Bão cũng gây ra những thiệt hại đáng kể, trong đó có sự cố lật tàu du lịch và tàu cá tại Quảng Ninh.

Những diễn biến trên cho thấy công tác dự báo chính xác cường độ gió, độ cao sóng và nước dâng do bão có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc chủ động triển khai các phương án ứng phó, bảo đảm an toàn cho tàu thuyền và người dân ven biển.

Ứng dụng mô hình SWAN và DNORA trong mô phỏng trường sóng biển

Để đánh giá khả năng mô phỏng và dự báo diễn biến sóng trong bão WIPHA, Trung tâm đã khai thác kết quả mô hình SWAN, đồng thời thực hiện thử nghiệm mô phỏng khu vực bằng tổ hợp công cụ DNORA-SWAN.

Kết quả dự báo từ mô hình SWAN cho thấy sự phù hợp tương đối tốt với diễn biến độ cao sóng và thời điểm xuất hiện sóng lớn tại một số trạm quan trắc khu vực phía Bắc. Trong thời gian từ ngày 21 đến ngày 22/7/2025, các trạm Cô Tô và Bạch Long Vĩ ghi nhận độ cao sóng phổ biến từ 2,0-3,5 m trong nhiều thời điểm. Tại trạm Hòn Dấu, sóng tăng mạnh hơn vào sáng và chiều ngày 22/7, có thời điểm đạt khoảng 2,0-3,5 m.

Bên cạnh kết quả dự báo nghiệp vụ, thử nghiệm DNORA-SWAN được triển khai nhằm mô phỏng chi tiết hơn sự phát triển của trường sóng trong khu vực. Miền tính được thiết lập trong phạm vi từ 16-22°N và 106-112°E, với độ phân giải lưới 0,05° × 0,05°. Dữ liệu gió ERA5 được sử dụng làm đầu vào cho mô hình trong khoảng thời gian từ ngày 19 đến ngày 23/7/2025.

Trong quy trình này, DNORA đảm nhiệm việc chuẩn bị lưới tính, địa hình đáy biển và các tệp dữ liệu đầu vào, trong khi SWAN thực hiện tính toán và mô phỏng trường sóng theo không gian và thời gian.

Kết quả mô phỏng cho thấy vùng sóng lớn hình thành ngoài khơi, sau đó mở rộng và lan truyền vào vịnh Bắc Bộ khi bão WIPHA tiến gần khu vực. Diễn biến này phản ánh sự phát triển của trường sóng trong quá trình bão di chuyển và có ý nghĩa tham khảo trong nghiên cứu, đánh giá điều kiện sóng nguy hiểm tại vùng biển ven bờ.

Cần lưu ý, thử nghiệm sử dụng dữ liệu ERA5 là dữ liệu tái phân tích nhằm tái hiện lại điều kiện khí tượng trong thời gian xảy ra bão, do đó kết quả có ý nghĩa bổ trợ cho nghiên cứu và đánh giá mô hình, không đồng nhất với một sản phẩm dự báo nghiệp vụ theo thời gian thực.

Mô phỏng nước dâng do bão bằng mô hình ROM2D

Song song với dự báo sóng biển, Đài KTTV Bắc Bộ  sử dụng mô hình ROM2D để tính toán và mô phỏng diễn biến nước dâng do bão WIPHA.

Kết quả mô hình cho thấy độ cao nước dâng cực đại trên khu vực ven biển ngày 22/7/2025 dao động trong khoảng 0,34-0,85 m. Trong khi đó, giá trị nước dâng được xác định từ số liệu quan trắc nằm trong khoảng 0,40-0,90 m. Hai khoảng giá trị có mức độ tương đồng tương đối cao, cho thấy mô hình có khả năng cung cấp thông tin tham khảo hữu ích về quy mô nước dâng trong sự kiện này.

Tại trạm Hòn Dấu, giá trị nước dâng cực đại mô phỏng đạt gần 0,9 m. Đối với khu vực cửa Ba Lạt, số liệu ghi nhận nước dâng do bão đạt khoảng 0,80 m, trong khi mực nước tổng cộng (bao gồm cả ảnh hưởng của thủy triều) đạt 2,97 m vào lúc 14 giờ 50 phút ngày 22/7/2025. Giá trị này cao hơn 0,26 m so với mức ghi nhận năm 2017.

Các kết quả cho thấy nước dâng do bão không chỉ phụ thuộc vào cường độ và hướng di chuyển của bão mà còn có sự khác biệt theo từng vị trí ven biển và thời điểm xuất hiện. Đặc biệt, khi nước dâng kết hợp với thủy triều và sóng lớn, nguy cơ ngập lụt ven biển có thể gia tăng đáng kể.

Tăng cường ứng dụng kết quả mô hình trong dự báo, cảnh báo nghiệp vụ

Một điểm đáng chú ý trong công tác dự báo của Đài KTTV Bắc Bộ là việc đưa kết quả mô hình số vào quy trình cung cấp thông tin phục vụ dự báo, cảnh báo tại các địa phương.

Theo đó, Trung tâm thực hiện chạy các mô hình dự báo sóng và nước dâng trên hệ thống máy chủ, sau đó chia sẻ kết quả mô phỏng đến các đơn vị dự báo khí tượng thủy văn cấp tỉnh thông qua hệ thống LeapFTP. Trên cơ sở đó, các đơn vị địa phương kết hợp kết quả mô hình với số liệu quan trắc và bản tin dự báo của hệ thống dự báo quốc gia để xây dựng các bản tin dự báo, cảnh báo phù hợp với từng vùng biển và khu vực ven bờ.

Trong đợt bão WIPHA, bản tin cảnh báo biển của khu vực Hải Phòng phát hành lúc 04 giờ ngày 21/7/2025 đã cung cấp thông tin về xu hướng gia tăng của gió mạnh, sóng lớn và nước dâng do bão. Các cảnh báo tập trung vào nguy cơ mất an toàn đối với tàu thuyền, hoạt động nuôi trồng thủy sản và khả năng ngập lụt tại các khu vực trũng thấp ven biển, cửa sông.

Việc kết hợp kết quả mô hình số với thông tin quan trắc và nhận định của dự báo viên góp phần nâng cao tính chi tiết, tính khu vực hóa của các sản phẩm dự báo biển, qua đó hỗ trợ chính quyền địa phương và người dân chủ động hơn trong công tác phòng tránh thiên tai.

Định hướng nâng cao chất lượng dự báo khí tượng thủy văn biển

Qua nghiên cứu và đánh giá trường hợp bão WIPHA năm 2025, có thể thấy các mô hình SWAN và ROM2D đã cung cấp những thông tin hữu ích phục vụ dự báo độ cao sóng và nước dâng do bão tại khu vực ven biển Bắc Bộ. Công cụ DNORA kết hợp với SWAN cũng mở ra hướng tiếp cận trong việc mô phỏng chi tiết trường sóng ở quy mô khu vực.

Tuy nhiên, công tác dự báo vẫn còn một số khó khăn, thách thức. Thời gian tính toán của các mô hình còn tương đối dài, đòi hỏi tiếp tục tối ưu hóa hệ thống và nâng cao năng lực kỹ thuật. Bên cạnh đó, số lượng trạm quan trắc hải văn hiện còn hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng kiểm chứng định lượng và đánh giá đầy đủ chất lượng sản phẩm dự báo.

Trong thời gian tới, việc tối ưu hóa thời gian chạy mô hình, tăng cường năng lực tính toán, mở rộng mạng lưới quan trắc và hoàn thiện quy trình kiểm chứng kết quả dự báo sẽ là những nhiệm vụ quan trọng. Đồng thời, cần tiếp tục nghiên cứu khai thác các công cụ mô phỏng khu vực và tăng cường kết nối giữa kết quả mô hình với quy trình dự báo, cảnh báo nghiệp vụ.

Đây là những hướng đi cần thiết nhằm từng bước nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo khí tượng thủy văn biển, đáp ứng yêu cầu phòng, chống thiên tai, bảo đảm an toàn hàng hải và phát triển bền vững kinh tế biển trong bối cảnh biến đổi khí hậu và các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp.