黔南城鎮(zhèn)化建設(shè)中的氣象災(zāi)害防御研究

羅林勇，叢 英，倫 麗，熊 平

(貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

1 引言

2010年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議明確提出要積極穩(wěn)妥推進(jìn)城鎮(zhèn)化，提升城鎮(zhèn)發(fā)展質(zhì)量和水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年受氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失占當(dāng)年GDP的2%～3%，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快和城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，將會(huì)有更多的城鎮(zhèn)在發(fā)展中將“天”的因素考慮進(jìn)來(lái)，使城市變得更加宜居。2010年9月貴州出臺(tái)加快城鎮(zhèn)化進(jìn)程促進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展的意見(jiàn)。在2011年貴州省推進(jìn)城鎮(zhèn)化工作領(lǐng)導(dǎo)小組第一次會(huì)議上，提出“十二五”末，貴州省將實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化率40%的目標(biāo)。隨著貴州省工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，急需為城鎮(zhèn)化建設(shè)中防御氣象災(zāi)害提供科學(xué)合理的決策依據(jù)。

黔南地處副熱帶東亞季風(fēng)影響下的復(fù)雜天氣氣候區(qū)域，氣象災(zāi)害種類(lèi)多、范圍廣、頻率高，是我省受氣象災(zāi)害影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一。干旱、暴雨洪澇、冰雹、大風(fēng)、雷電、秋風(fēng)冷害、倒春寒、凝凍、霧等氣象災(zāi)害及其引發(fā)的次生災(zāi)害如地質(zhì)災(zāi)害、農(nóng)作物病蟲(chóng)害、森林火災(zāi)等頻繁發(fā)生，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、人民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境造成了極大影響。因此，研究建立基于黔南城鎮(zhèn)化建設(shè)的氣象災(zāi)害防御規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)具有重要意義。

2 研究?jī)?nèi)容

研究建立黔南地區(qū)氣象災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)(1960—2010)并實(shí)現(xiàn)快捷訪(fǎng)問(wèn)查詢(xún)。應(yīng)用GIS 地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害在黔南地區(qū)的區(qū)劃。根據(jù)現(xiàn)有氣象資料建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到黔南各縣市及部分重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)重大氣象災(zāi)害(暴雨、凝凍、干旱)的歷史重現(xiàn)期，并對(duì)部分重點(diǎn)區(qū)域作出氣象災(zāi)害影響的預(yù)評(píng)估。最終結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩砦恢谩⒌匦翁卣?、人口和?jīng)濟(jì)布局等提出城鎮(zhèn)化建設(shè)中氣象災(zāi)害防御的合理化對(duì)策及建議。同時(shí)利用現(xiàn)已布設(shè)到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)的區(qū)域自動(dòng)氣象站信息，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的氣象災(zāi)害預(yù)警閥值，結(jié)合多普勒天氣雷達(dá)回波圖和天氣預(yù)報(bào)結(jié)論等，建立黔南地區(qū)地縣城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的實(shí)時(shí)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，系統(tǒng)框圖如圖1。

3 問(wèn)題分析

3.1 建立SQLSERVER 氣象災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

由于普查統(tǒng)計(jì)的周期長(zhǎng)(近50 a)，范圍廣(涉及全州12個(gè)縣市的200 余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn))，必須通過(guò)大量的普查和補(bǔ)充工作才能構(gòu)建較為完善和科學(xué)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。

3.2 氣象災(zāi)害區(qū)劃

借助ARCGIS 等解決對(duì)氣象災(zāi)害進(jìn)行區(qū)劃和細(xì)化并附加對(duì)應(yīng)的地理信息存儲(chǔ)技術(shù)?，F(xiàn)今GIS 等地理信息系統(tǒng)已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，將氣象災(zāi)害信息進(jìn)行區(qū)劃細(xì)化后疊加在地理信息系統(tǒng)上，具有非常直觀、精確和可辨識(shí)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)建成高效的城鎮(zhèn)化建設(shè)氣象災(zāi)害防御規(guī)劃、決策建議平臺(tái)系統(tǒng)提供可靠的工具基礎(chǔ)。例如，可以借助ARCGIS中的TIN Datasets 數(shù)據(jù)模型，在不規(guī)則分布的采樣點(diǎn)的采樣值(表征地形)上附加氣象災(zāi)害區(qū)劃色標(biāo)值，構(gòu)成的不規(guī)則三角集合組。即可表達(dá)該區(qū)域氣象災(zāi)害空間連續(xù)分布特征。

圖1 黔南城鎮(zhèn)化建設(shè)中氣象災(zāi)害防御研究系統(tǒng)框圖

3.3 計(jì)算氣象災(zāi)害重現(xiàn)期

根據(jù)現(xiàn)有氣象資料(資料時(shí)間序列越長(zhǎng)越好)，建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到黔南各縣市及部分重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)重大氣象災(zāi)害(暴雨、凝凍、干旱)的歷史重現(xiàn)期。以直觀科學(xué)的氣象災(zāi)害統(tǒng)計(jì)指標(biāo)代替繁雜無(wú)規(guī)律的氣象災(zāi)情記錄，對(duì)建立防御規(guī)劃和決策建議平臺(tái)提供理論基礎(chǔ)。

例如暴雨重現(xiàn)期指在一定年代的雨量記錄資料統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，大于或等于某暴雨強(qiáng)度的降雨出現(xiàn)一次的平均間隔時(shí)間為該暴雨發(fā)生頻率的倒數(shù)。設(shè)計(jì)雨水排水系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)工業(yè)廠房生產(chǎn)工藝及建筑物的性質(zhì)確定。通俗的來(lái)講就是這么大的雨量，多少年出現(xiàn)一次，這是道路排水設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)中，也是一個(gè)城市規(guī)劃建設(shè)給排水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，對(duì)防御城市內(nèi)澇等具有指導(dǎo)性意義。

重現(xiàn)期與頻率成反比，即:P =1/Pn。重現(xiàn)期并不是說(shuō)正好多少年中出現(xiàn)一次，它帶有統(tǒng)計(jì)平均的意義，說(shuō)得更確切一點(diǎn)是表示某種變量大于或等于某一指定值，每出現(xiàn)一次平均所需的時(shí)間間隔數(shù)，只有在大量的過(guò)程中，或?qū)﹂L(zhǎng)時(shí)期而論是正確的。因此，建立數(shù)學(xué)模型需要的氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)時(shí)間序列越長(zhǎng)、災(zāi)害實(shí)例數(shù)據(jù)越多，計(jì)算得到的氣象災(zāi)害重現(xiàn)期就越與實(shí)際情況吻合。

3.4 氣象災(zāi)害防御建議研究

如何科學(xué)合理地對(duì)黔南城鎮(zhèn)化建設(shè)防御氣象災(zāi)害提出對(duì)策和建議。需要根據(jù)重大氣象災(zāi)害歷史重現(xiàn)期，氣象災(zāi)害的區(qū)域分布和強(qiáng)度來(lái)作出，部分重點(diǎn)區(qū)域還應(yīng)結(jié)合重要流域的走向、主要城鎮(zhèn)地形及人口、經(jīng)濟(jì)資源布局等，個(gè)別特殊的城鎮(zhèn)還需要對(duì)氣象災(zāi)害的影響作出預(yù)評(píng)估，才能對(duì)城鎮(zhèn)化建設(shè)防御氣象災(zāi)害提出科學(xué)合理的規(guī)劃對(duì)策和建議。

3.5 預(yù)警閥值研究

確立不同區(qū)域城鎮(zhèn)的氣象災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警閥值。氣象災(zāi)害預(yù)警閥值可以依據(jù)《貴州氣象災(zāi)害的劃分標(biāo)準(zhǔn)》氣業(yè)發(fā)［1997］18 號(hào)的相關(guān)規(guī)定得出，但由于不同區(qū)域?qū)χT如洪澇、干旱等氣象災(zāi)害的承受力不同，相同等級(jí)的氣象災(zāi)害的影響也不一致，因此，各區(qū)域預(yù)警閥值需在實(shí)時(shí)預(yù)警平臺(tái)建立運(yùn)行中不斷與實(shí)際氣象災(zāi)害影響情況對(duì)比檢驗(yàn)來(lái)作出修正。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 黔南氣象災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合應(yīng)用

通過(guò)對(duì)建立SQLSERVER 黔南氣象災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)系列統(tǒng)計(jì)分析，可得到各要素的氣象災(zāi)害分布時(shí)間系列圖。以黔南州羅甸縣暴雨災(zāi)害為例(圖2)，統(tǒng)計(jì)得到羅甸縣近40 a 暴雨分布時(shí)間系列圖(因?yàn)?zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)尚未完整補(bǔ)充，故只截取近1970—2007年的數(shù)據(jù))，從圖中可以看出近40 a 來(lái)羅甸縣共出現(xiàn)43 次暴雨災(zāi)情，其中大暴雨災(zāi)情5次。暴雨災(zāi)情時(shí)間分布上表現(xiàn)出時(shí)間間隔縮短、頻率增高的趨勢(shì)。因此，在計(jì)算得到該縣區(qū)域內(nèi)暴雨重現(xiàn)期時(shí)，也應(yīng)檢驗(yàn)其值是否與該趨勢(shì)吻合。

圖2 羅甸近40 a 暴雨時(shí)間系列分布圖

4.2 氣象災(zāi)害防御決策預(yù)警平臺(tái)的構(gòu)建

構(gòu)建平臺(tái)系統(tǒng)的目的是應(yīng)用于政府防災(zāi)減災(zāi)指揮部和城建規(guī)劃等政府職能部門(mén)，應(yīng)用客戶(hù)端較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性需要得到保證。因此，系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建時(shí)應(yīng)做到數(shù)據(jù)端與應(yīng)用端的隔離，可采用server to issue 方式，即服務(wù)器發(fā)布方式，由于大量的氣象災(zāi)情歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)和數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等存放于氣象部門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)，所以平臺(tái)服務(wù)器最好就在氣象部門(mén)搭建，便于數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)氣象數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)封閉回路較為安全。這樣應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)建好后可直接通過(guò)Web 發(fā)布方式，用戶(hù)通過(guò)VPN 等專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)或開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器，用Web 瀏覽器即可顯示應(yīng)用氣象災(zāi)害防御決策預(yù)警平臺(tái)。應(yīng)用平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)注意以?xún)蓚€(gè)問(wèn)題:

①系統(tǒng)加載GIS 地理信息數(shù)據(jù)時(shí)如何防止氣象災(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)疊加錯(cuò)位和無(wú)顯示的問(wèn)題。較為精細(xì)的地形信息系統(tǒng)才能完好地顯示本地區(qū)地形地貌特征、城鎮(zhèn)內(nèi)部和周邊環(huán)境，才能更好地滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)用戶(hù)對(duì)氣象災(zāi)害的防御規(guī)劃和指揮決策。因此，在多層地理信息數(shù)據(jù)上疊加單一多色氣象災(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)(含經(jīng)緯度信息)技術(shù)是關(guān)鍵。例如可采用如下3 步實(shí)現(xiàn)ArcGIS Server(ADF)2個(gè)地圖服務(wù)疊加:首先建立地圖服務(wù)，建立兩個(gè)Map Service:USA和NorthAmerica。進(jìn)行設(shè)定2個(gè)地圖的繪制方式:USA:Dynamically from the data，NorthAmerica:Using tiles from its cache;然后添加地圖服務(wù)，在MapResourceManager 控件中添加上面的2個(gè)地圖服務(wù)，NorthAmerica 為items 0，USA 為items 1。在MapResoureItem 集合編輯器中設(shè)置，DisplaySettings 參數(shù)在Make backgroud transparent 復(fù)選框前面打鉤即可;最后使用地圖服務(wù)，設(shè)置Map 控件的MapResourceManager 屬性為上一步中的MapResourceManager 控件，然后把Map 控件的PrimaryMapResource 屬性設(shè)置為NorthAmerica 地圖服務(wù)。

②預(yù)警平臺(tái)應(yīng)嚴(yán)格依照《貴州氣象災(zāi)害的劃分標(biāo)準(zhǔn)》和《突發(fā)氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)信號(hào)說(shuō)明》來(lái)制定氣象災(zāi)害預(yù)警的等級(jí)、圖標(biāo)、色標(biāo)和預(yù)警時(shí)限，提高防御系統(tǒng)預(yù)警決策的科學(xué)性和統(tǒng)一性。同時(shí)應(yīng)預(yù)留氣象災(zāi)害預(yù)警閥值參數(shù)修正入口，以便后期應(yīng)用中對(duì)氣象災(zāi)害實(shí)際影響時(shí)間、等級(jí)作出對(duì)比檢驗(yàn)后修正。

5 結(jié)論與討論

研究建立完整的黔南地區(qū)氣象災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用地理信息系統(tǒng)工具進(jìn)行區(qū)劃。同時(shí)計(jì)算得各區(qū)域重大氣象災(zāi)害的歷史重現(xiàn)期，是構(gòu)建黔南城鎮(zhèn)防御氣象災(zāi)害規(guī)劃決策系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。而利用氣象廣泛布設(shè)的區(qū)域自動(dòng)氣象站和專(zhuān)業(yè)氣象站獲取實(shí)時(shí)氣象資料，結(jié)合雷達(dá)回波、數(shù)值預(yù)報(bào)資料等構(gòu)建城鎮(zhèn)或重點(diǎn)區(qū)域氣象災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)技術(shù)，也提升了黔南地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)城鎮(zhèn)氣象災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警的能力。

通過(guò)對(duì)黔南城鎮(zhèn)化建設(shè)中氣象災(zāi)害防御的數(shù)據(jù)理論研究，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)站、雷達(dá)和數(shù)值預(yù)報(bào)等氣象現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用，能較好地為黔南城鎮(zhèn)防御氣象災(zāi)害提供專(zhuān)業(yè)保障。但研究應(yīng)用效果與實(shí)際情況差別還需在應(yīng)用過(guò)程中不斷檢驗(yàn)完善。

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