杭州市蕭山區氣象災害分區預警制作發布平臺初探

廖振楊 朱澤華 傅衛東

(1.蕭山區氣象局,浙江 杭州 311200；2.杭州市氣象局，浙江 杭州 310051)

0 引 言

我國是世界上受氣象災害影響最嚴重的國家之一,每年受臺風、暴雨、干旱、洪澇等重大氣象災害影響的人口達4億人次,造成經濟損失約占GDP的1～3%。如何完善和提高預警信號發布的準確性、及時性對氣象防災減災意義重大。2017年浙江省氣象局更新發布了《氣象災害預警信號發布業務規定》,新《規定》指出預警信號發布遵循屬地化原則,縣級氣象臺承擔本級行政區域及其管轄海域內預警信號的發布職責,且預警信號發布原則上以鄉鎮(街道)作為預警最小單元。但目前預警信號發布業務存在還存在不少問題,預警精細化程度不高,目前絕大部分氣象災害預警基本上按縣級以上行政區域發布,實現氣象災害分區預警發布在全國范圍來說主要集中在北京、上海、廣東等省,分區預警信息發布業務開展不廣泛,省內各區(縣)氣象局還未有相類似的預警信息制作發布平臺,且目前各地預警技術集約化程度低,預警提醒、資料分析、制作、傳播平臺分離,不能適應氣象災害預警高時效的要求。缺乏相應的分區預警提醒、制作、發布、檢驗規則,不能標準化制作發布預警信號[1-3]。

近年來隨著氣象部門數據業務平臺的不斷升級換代,精細化的預報預測產品日益成熟。因此如何綜合運用利用雷達和自動站資料、衛星云圖資料開發相關的預報和服務產品,實現以鎮街為最小單元發布氣象預警信息,對進一步提高預報員的工作效率和決策水平具有重要意義。借助突發事件預警信息發布平臺蕭山區氣象局實現了預警信號的快速制作與發布,一定程度上減輕了預警信號制作的工作量,提高了預警發布的效率。但隨著公共氣象服務的快速推進,服務對象與日俱增,預報員依靠未集成發布渠道的老平臺發布一次預警信號可能需要20 min,相同內容的復制粘貼工作既費時又易出錯,因此開發一個快速發布的預警信息制作發布平臺就顯得非常緊迫。2018年杭州市蕭山區氣象局開發完成了“杭州市蕭山區氣象災害分區預警制作發布平臺”(以下簡稱分區預警平臺)。分區預警平臺接入模式預報數據及各類實況要素,根據預制模板快速制作以鎮街為最小發布單元的分區預警產品,實現了一次制作多種渠道不同模板同步分發功能,并可以一鍵式發布至LED顯示屏、短信、傳真、微信、微博、廣播電視等渠道,預警信號發布時間可縮短至5 min內,實現了預警信號“最后一公里”快速發布。

1 設計思路

1.1 模式預報數據+實況監測數據實現過去3 h至未來36 h 13類氣象災害預警智能提醒

分區預警平臺接入了浙江省氣象局0～36 h內的模式預報數據,以MICPAS和CIMISS數據為主,數據內容主要有快速更新同化系統(ZJWARRS)、中尺度數值預報業務系統(ZJWARMS)、OCF、EC、JP、T639細網格、定量估測降水(QPE)、定量降水預報(QPF),實現6 h內的模式預報數據逐10 min更新,24 h內的區域模式預報逐1 h更新。結合雷達、自動站、大氣電場、風廓線等實況資料,根據預制的提醒閾值實現過去3 h至未來36 h 13類氣象災害預警智能提醒,大幅度減輕預報員實況監控及發布預警信號時的資料分析壓力。

2 預警信號制作發布規則

2.1 預警信號分區規則

預警區域以一個鄉鎮(街道)作為預警最小單元。當預警范圍成片(連片)且預警類別相同時,可以以區域性地名范圍作為預警范圍,并分別說明各區域的預警內容。分區預警平臺可根據提示及預報員操作實現預警區域的智能自動組合,可實現快速確定分區預警信號落區位置。

2.2 預警信號發布規則

每次預警按“同類同等級”原則發布,實現一次制作同時多次發布,避免不同類別預警信號或同一類別不同等級預警信號人工重復發送。

2.3 預警信號制作規則

預警信號發布渠道分為定向發布(鄉鎮區域)和非定向分布(全區)兩種。定向發布指預警區域內對象能接收到,渠道主要包括鄉鎮決策短信、LED顯示屏、農業氣象APP及華數電視、手機短信全網分區發布。非定向發布渠道包括96121、廣電媒體、氣象網站、氣象微信、省局多軌道網站、杭州氣象網站、區政府黨政領導、蕭山氣象災害防御領導小組成員單位及其他防災決策部門氣象防災責任人。預警信號在分區預警平臺錄入一次,即可實現一次性生成和并行播發不同種類級別、不同發發布渠道的預警信號內容。

3 預警信號檢驗原則

預警信號檢驗以鄉鎮(街道)作為最小單元檢驗。當某一區域同時發布多類預警信號或實況達到多類預警信號發布標準時,對每一類預警信號分別進行檢驗。當某一區域預警信號發布等級與預警實況等級不一致時,取較高等級進行檢驗。當某一區域發布多個同類預警信號不同等級時,檢驗標準是采取就高原則,即僅檢驗最高等級預警信號,檢驗開始時間以第一次發布該類預警信號時間計算,檢驗結束時間為該類預警信號解除時間或預警時效(取兩者長者),實況取值為檢驗開始和結束之間的天氣實況。

4 功能模塊和技術框架

4.1 氣象災害分區預警功能模塊

分別由監測預報分析、預警制作發布、發布對象管理、預警檢驗統計和后臺管理模塊組成(圖1)。監測預報分析包含了精細化到鄉鎮的分類預警信號智能提示和監測預報資料疊加顯示了兩個主要功能。預警制作發布可以根據雷達、云圖數值預報等自動生成鄉鎮預警區域和預警用語產品通過發布對象一鍵式并行發布。發布對象管理通過經緯度、預警級別類型、行政歸屬對發布渠道進行分類管理,發布內容模板可以進行預定和更改。預警檢驗統計預警以鄉鎮為最小單元進行存儲,預警發布結果可以以鄉鎮為單元進行檢驗。后臺管理可以實現預警提示閾值、系統用戶設置,系統幫助和更新操作。

4.2 技術框架

分區預警平臺兼顧性能、功和擴展要求,采用C/S和B/S混合編程方式進行開發,系統主要業務功能在C/S平臺上實現,并以雙屏模式進行操作。B/S部分采用ArcGIS for javascript技術,服務器端后臺技術框架采用MVC架構,通過ArcGis server發布地圖服務與B/S前端進行交互,采用ArcSDE空間數據引擎作為后端數據支撐,借助GI氣象產品加工處理、WEBGIS、SVG矢量化圖形、HTML5、WEBGL、Chart圖形圖表展現和Node.js信息推送等關鍵技術,保證了前端展示合理、交互友好。前端C/S部分采用ArcEngine,利用.NET組件化技術,基于Windows Form視窗可視化開發。平臺采用5層框架層次和分布式網絡結構(圖2),實現了系統高時效、高穩定性的運轉。

圖1 蕭山區氣象災害分區預警系統模塊

圖2 蕭山區氣象災害分區預警系統技術架構

4.3 數據管理

分區預警平臺數據基于CIMISS獲取,后臺程序實時運行同步CIMISS數據到本地的SQLite緩存數據庫,數據緩存處理方案為成熟的Memcached技術。CIMISS資料包括:地面、海洋、高空、輻射、雷達、衛星、大氣成分、服務產品等實況數據,同時緩存浙江省氣象局現有的ZJWARRS、ZJWARMS、OCF、EC、JP、T639細網格、QPE、QPF等各種模式預報格點數據,提供擴展接口,滿足不同系統數據輸入及輸出的訪問需求。

5 主要功能

5.1 精細化到鄉鎮的智能預警提醒

蕭山區氣象局制定了《蕭山區氣象災害預警信號發布技術指標》(范例見表1),發布技術指標規定了鄉鎮內任意指標站或模式預報要素值達到預警提醒或發布、升降級的閥值標準。以暴雨藍色預警信號為例,當某鄉鎮范圍內的區域自動站或模式預報出現以下3種情況時:1)累計降雨實況達到40 mm;2)累計降雨實況加上未來12 h模式預報值達到40 mm;3)未來12 h模式預報值達到50 mm時,平臺將智能提醒預報員應當發布該鄉鎮暴雨藍色預警信號。分區預警平臺根據以上規則可識別出蕭山全區及21個鎮街在過去3 h至未來36 h的各個時間點(暴雨預警可實現3 h內10 min間隔)上的災害天氣類型等級(13類39種),其中全區取21個鎮街災害天氣類型的并集,對應等級取21個鎮街中的最高等級,識別效果見圖3。

表1 蕭山區預警信號分區發布技術指標示例

圖3 蕭山區預警信號分區平臺預警信號智能提醒界面

5.2 集成顯示監測預報預測信息

分區預警平臺通過GIS疊加,監測預報分析模塊內GIS地圖上動態顯示省內杭州及周邊多普勒及雙偏振雷達、自動站、大氣電場、閃電定位等實況監測信息數據。各類模式預報預測信息可智能提供預警信息鄉鎮落區,預報員可結合實況數據演變外推綜合分析制作分區預警產品。

5.3 分區預警信息制作審核

預報員經過分析后得出預警影響區域后,下一步要進分區預警信息制作。首先劃定預警區域,預警區域組合可由點選、圈選、線選方式進行選擇或去除,當預警范圍成片(連片)且預警類別相同時,分區預警平臺規定：1)當氣象災害影響同一區域性地名內的鎮街個數<3個時,預警區域(影響范圍)直接注明鎮街名稱。2)當氣象災害影響一個區域性地名內的鎮街個數≥3個且未全覆蓋時,預警區域以區域性地名+鎮街名稱組合表示。3)當氣象災害影響一個區域性地名內的所有鎮街時,預警區域用區域性地名表示。分區預警平臺可根據預報員操作實現預警區域的智能自動組合并分別說明各區域的預警內容,避免了鄉鎮名稱的簡單羅列。其次在選定預警區域及預警信息種類等級后進入預警內容制作環節,由于公共氣象服務的范圍拓展和公眾服務需求提升,網站、微信、微博等新興媒體的興起,傳統預警信息內容模式也呈現多樣化。“一次編輯,分類制作、同步顯示”成為快速制作預警信息內容的必然要求。按照手機短信、LED顯示屏、新媒體、傳真等多種發布方式預制了信息模板,不需要重新編制完整預警信息,預報員只需要更改時間、要素數據,在1min內快速完成預警信息的編輯,以免將寶貴的預警信息制作時間用在文字組織上,內容模板化同樣也方便領導的快速審核簽發。

5.4 分區預警信息發布監控

分區預警平臺全面對接2016年建設的蕭山區氣象局建立的突發事件預警信息發布平臺,達到了氣象預警信息發布渠道“統一管理、實時監控、高效發布”,分區預警平臺主要信息發布方式有以下幾種。1)短信發布:通過調用移動短信/12379國突短信平臺直接給區政府黨政領導、蕭山氣象災害防御領導小組成員單位及其他防災決策部門氣象防災責任人發送短信,其中12379為默認短信發送渠道,不正常時可切換至本地移動信息機進行發送。信息接收對象中區政府黨政領導、區級決策部門氣象防災責任人不區分鄉鎮,鄉鎮轄區內的黨政領導、氣象協理員、村氣息信息員及其他防災責任人只接受該鄉鎮的氣象預警信息。暴雨、暴雪、道路結冰、臺風等紅色預警信號啟動移動、聯通、電信、華數數字電視全網發布。2)電子傳真:通過調用4路傳真系統接口,直接給相關防災決策部門、行業服務對象發送傳真。3)電視臺、無線廣播電臺、報紙:通過QQ郵箱發送郵件接口把預警信息傳給相關單位,由其通過各自發布渠道發布預警信息。4)LED電子屏:通過調用廠家LED信息發布接口直接發布預警信息。5)網站、手機APP、微信、微博等新媒體:對于本系統預警發布網站,可以直接在網站發布預警信息;對于其它網站,通過郵件方式傳遞預警信息。6)浙江省國突平臺:分區預警平臺根據預警信息生成XML格式信息上傳至杭州市氣象局制定目錄,預報員通過內置復核模塊核對預警信息,平臺后臺自動填入國突平臺賬號提交到國突平臺,實現模擬人工預警復核功能,最終完成預警信息自動發布。鄉鎮分區預警信號發布結束后,分區預警平臺將根據不同的發布渠道和發布方式自動核查展示,實現發布渠道統一監控、發布結果實時監控、發布任務高效并發,滿足政府決策、公共行業服務、市民的氣象服務需求,最大程度保障人民群眾生命財產安全。

6 應 用

2018年7月蕭山區氣象局開發的分區預警平臺已投入使用,在實際業務使用中預報員通過平臺實現了氣象災害預警從自動提示到編輯、制作和完全發布整體時效壓縮在5min以內,可以對在蕭山某一鄉鎮發布預警信號,也可以對不同鄉鎮發布不同的預警信號,顯著地減少了預報員制作氣象預警信號的時間,預警信號發布時效效率成倍提高,深受預報員好評,目前分區預警平臺已在杭州地區全面推廣。

分區預警平臺所需要的數值預報資料都來自于省氣象局,相應的制作發布規則基于省局業務規定,具有全省共同使用的基礎。各地只需要通過平臺集成自身個性化的發布渠道就能快速推廣使用,具備良好的可移植性。

隨著氣象預報預測能力的提高,精細化到鄉鎮的分區預警業務開展將讓預警發布形式多樣、產品樣式復雜、制作方式繁瑣,分區預警平臺高度融合了監測預報數據、預警制作審核和預警信息發布,建成投入使用后氣象災害分區預警集成了各種探測資料和模式預報成果,實現了過去3h時到未來36h的無縫隙精細化到鄉鎮的智能化預警提醒,實現了分區預警智能化自動提醒,提高了預警的準確率,為預報員準確做好分區預警提供技術支撐。分區預警平臺必能有效緩解預警信號發布的“最后一公里”的問題。