廖振楊 朱澤華 傅衛(wèi)東

(1.蕭山區(qū)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(zāi)害影響最嚴重的國家之一,每年受臺風(fēng)、暴雨、干旱、洪澇等重大氣象災(zāi)害影響的人口達4億人次,造成經(jīng)濟損失約占GDP的1～3%。如何完善和提高預(yù)警信號發(fā)布的準(zhǔn)確性、及時性對氣象防災(zāi)減災(zāi)意義重大。2017年浙江省氣象局更新發(fā)布了《氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布業(yè)務(wù)規(guī)定》,新《規(guī)定》指出預(yù)警信號發(fā)布遵循屬地化原則,縣級氣象臺承擔(dān)本級行政區(qū)域及其管轄海域內(nèi)預(yù)警信號的發(fā)布職責(zé),且預(yù)警信號發(fā)布原則上以鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)作為預(yù)警最小單元。但目前預(yù)警信號發(fā)布業(yè)務(wù)存在還存在不少問題,預(yù)警精細化程度不高,目前絕大部分氣象災(zāi)害預(yù)警基本上按縣級以上行政區(qū)域發(fā)布,實現(xiàn)氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警發(fā)布在全國范圍來說主要集中在北京、上海、廣東等省,分區(qū)預(yù)警信息發(fā)布業(yè)務(wù)開展不廣泛,省內(nèi)各區(qū)(縣)氣象局還未有相類似的預(yù)警信息制作發(fā)布平臺,且目前各地預(yù)警技術(shù)集約化程度低,預(yù)警提醒、資料分析、制作、傳播平臺分離,不能適應(yīng)氣象災(zāi)害預(yù)警高時效的要求。缺乏相應(yīng)的分區(qū)預(yù)警提醒、制作、發(fā)布、檢驗規(guī)則,不能標(biāo)準(zhǔn)化制作發(fā)布預(yù)警信號[1-3]。

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

1 設(shè)計思路

1.1 模式預(yù)報數(shù)據(jù)+實況監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)過去3 h至未來36 h 13類氣象災(zāi)害預(yù)警智能提醒

分區(qū)預(yù)警平臺接入了浙江省氣象局0～36 h內(nèi)的模式預(yù)報數(shù)據(jù),以MICPAS和CIMISS數(shù)據(jù)為主,數(shù)據(jù)內(nèi)容主要有快速更新同化系統(tǒng)(ZJWARRS)、中尺度數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)(ZJWARMS)、OCF、EC、JP、T639細網(wǎng)格、定量估測降水(QPE)、定量降水預(yù)報(QPF),實現(xiàn)6 h內(nèi)的模式預(yù)報數(shù)據(jù)逐10 min更新,24 h內(nèi)的區(qū)域模式預(yù)報逐1 h更新。結(jié)合雷達、自動站、大氣電場、風(fēng)廓線等實況資料,根據(jù)預(yù)制的提醒閾值實現(xiàn)過去3 h至未來36 h 13類氣象災(zāi)害預(yù)警智能提醒,大幅度減輕預(yù)報員實況監(jiān)控及發(fā)布預(yù)警信號時的資料分析壓力。

2 預(yù)警信號制作發(fā)布規(guī)則

2.1 預(yù)警信號分區(qū)規(guī)則

預(yù)警區(qū)域以一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)作為預(yù)警最小單元。當(dāng)預(yù)警范圍成片(連片)且預(yù)警類別相同時,可以以區(qū)域性地名范圍作為預(yù)警范圍,并分別說明各區(qū)域的預(yù)警內(nèi)容。分區(qū)預(yù)警平臺可根據(jù)提示及預(yù)報員操作實現(xiàn)預(yù)警區(qū)域的智能自動組合,可實現(xiàn)快速確定分區(qū)預(yù)警信號落區(qū)位置。

2.2 預(yù)警信號發(fā)布規(guī)則

每次預(yù)警按“同類同等級”原則發(fā)布,實現(xiàn)一次制作同時多次發(fā)布,避免不同類別預(yù)警信號或同一類別不同等級預(yù)警信號人工重復(fù)發(fā)送。

2.3 預(yù)警信號制作規(guī)則

預(yù)警信號發(fā)布渠道分為定向發(fā)布(鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域)和非定向分布(全區(qū))兩種。定向發(fā)布指預(yù)警區(qū)域內(nèi)對象能接收到,渠道主要包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)決策短信、LED顯示屏、農(nóng)業(yè)氣象APP及華數(shù)電視、手機短信全網(wǎng)分區(qū)發(fā)布。非定向發(fā)布渠道包括96121、廣電媒體、氣象網(wǎng)站、氣象微信、省局多軌道網(wǎng)站、杭州氣象網(wǎng)站、區(qū)政府黨政領(lǐng)導(dǎo)、蕭山氣象災(zāi)害防御領(lǐng)導(dǎo)小組成員單位及其他防災(zāi)決策部門氣象防災(zāi)責(zé)任人。預(yù)警信號在分區(qū)預(yù)警平臺錄入一次,即可實現(xiàn)一次性生成和并行播發(fā)不同種類級別、不同發(fā)發(fā)布渠道的預(yù)警信號內(nèi)容。

3 預(yù)警信號檢驗原則

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

4 功能模塊和技術(shù)框架

4.1 氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警功能模塊

分別由監(jiān)測預(yù)報分析、預(yù)警制作發(fā)布、發(fā)布對象管理、預(yù)警檢驗統(tǒng)計和后臺管理模塊組成(圖1)。監(jiān)測預(yù)報分析包含了精細化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分類預(yù)警信號智能提示和監(jiān)測預(yù)報資料疊加顯示了兩個主要功能。預(yù)警制作發(fā)布可以根據(jù)雷達、云圖數(shù)值預(yù)報等自動生成鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)警區(qū)域和預(yù)警用語產(chǎn)品通過發(fā)布對象一鍵式并行發(fā)布。發(fā)布對象管理通過經(jīng)緯度、預(yù)警級別類型、行政歸屬對發(fā)布渠道進行分類管理,發(fā)布內(nèi)容模板可以進行預(yù)定和更改。預(yù)警檢驗統(tǒng)計預(yù)警以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為最小單元進行存儲,預(yù)警發(fā)布結(jié)果可以以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元進行檢驗。后臺管理可以實現(xiàn)預(yù)警提示閾值、系統(tǒng)用戶設(shè)置,系統(tǒng)幫助和更新操作。

4.2 技術(shù)框架

分區(qū)預(yù)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(fā),系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)功能在C/S平臺上實現(xiàn),并以雙屏模式進行操作。B/S部分采用ArcGIS for javascript技術(shù),服務(wù)器端后臺技術(shù)框架采用MVC架構(gòu),通過ArcGis server發(fā)布地圖服務(wù)與B/S前端進行交互,采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎作為后端數(shù)據(jù)支撐,借助GI氣象產(chǎn)品加工處理、WEBGIS、SVG矢量化圖形、HTML5、WEBGL、Chart圖形圖表展現(xiàn)和Node.js信息推送等關(guān)鍵技術(shù),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(shù),基于Windows Form視窗可視化開發(fā)。平臺采用5層框架層次和分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖2),實現(xiàn)了系統(tǒng)高時效、高穩(wěn)定性的運轉(zhuǎn)。

圖1 蕭山區(qū)氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警系統(tǒng)模塊

圖2 蕭山區(qū)氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

4.3 數(shù)據(jù)管理

分區(qū)預(yù)警平臺數(shù)據(jù)基于CIMISS獲取,后臺程序?qū)崟r運行同步CIMISS數(shù)據(jù)到本地的SQLite緩存數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)緩存處理方案為成熟的Memcached技術(shù)。CIMISS資料包括:地面、海洋、高空、輻射、雷達、衛(wèi)星、大氣成分、服務(wù)產(chǎn)品等實況數(shù)據(jù),同時緩存浙江省氣象局現(xiàn)有的ZJWARRS、ZJWARMS、OCF、EC、JP、T639細網(wǎng)格、QPE、QPF等各種模式預(yù)報格點數(shù)據(jù),提供擴展接口,滿足不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入及輸出的訪問需求。

5 主要功能

5.1 精細化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的智能預(yù)警提醒

蕭山區(qū)氣象局制定了《蕭山區(qū)氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布技術(shù)指標(biāo)》(范例見表1),發(fā)布技術(shù)指標(biāo)規(guī)定了鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)任意指標(biāo)站或模式預(yù)報要素值達到預(yù)警提醒或發(fā)布、升降級的閥值標(biāo)準(zhǔn)。以暴雨藍色預(yù)警信號為例,當(dāng)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)的區(qū)域自動站或模式預(yù)報出現(xiàn)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(yù)報值達到40 mm;3)未來12 h模式預(yù)報值達到50 mm時,平臺將智能提醒預(yù)報員應(yīng)當(dāng)發(fā)布該鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨藍色預(yù)警信號。分區(qū)預(yù)警平臺根據(jù)以上規(guī)則可識別出蕭山全區(qū)及21個鎮(zhèn)街在過去3 h至未來36 h的各個時間點(暴雨預(yù)警可實現(xiàn)3 h內(nèi)10 min間隔)上的災(zāi)害天氣類型等級(13類39種),其中全區(qū)取21個鎮(zhèn)街災(zāi)害天氣類型的并集,對應(yīng)等級取21個鎮(zhèn)街中的最高等級,識別效果見圖3。

表1 蕭山區(qū)預(yù)警信號分區(qū)發(fā)布技術(shù)指標(biāo)示例

圖3 蕭山區(qū)預(yù)警信號分區(qū)平臺預(yù)警信號智能提醒界面

5.2 集成顯示監(jiān)測預(yù)報預(yù)測信息

分區(qū)預(yù)警平臺通過GIS疊加,監(jiān)測預(yù)報分析模塊內(nèi)GIS地圖上動態(tài)顯示省內(nèi)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(jiān)測信息數(shù)據(jù)。各類模式預(yù)報預(yù)測信息可智能提供預(yù)警信息鄉(xiāng)鎮(zhèn)落區(qū),預(yù)報員可結(jié)合實況數(shù)據(jù)演變外推綜合分析制作分區(qū)預(yù)警產(chǎn)品。

5.3 分區(qū)預(yù)警信息制作審核

預(yù)報員經(jīng)過分析后得出預(yù)警影響區(qū)域后,下一步要進分區(qū)預(yù)警信息制作。首先劃定預(yù)警區(qū)域,預(yù)警區(qū)域組合可由點選、圈選、線選方式進行選擇或去除,當(dāng)預(yù)警范圍成片(連片)且預(yù)警類別相同時,分區(qū)預(yù)警平臺規(guī)定：1)當(dāng)氣象災(zāi)害影響同一區(qū)域性地名內(nèi)的鎮(zhèn)街個數(shù)<3個時,預(yù)警區(qū)域(影響范圍)直接注明鎮(zhèn)街名稱。2)當(dāng)氣象災(zāi)害影響一個區(qū)域性地名內(nèi)的鎮(zhèn)街個數(shù)≥3個且未全覆蓋時,預(yù)警區(qū)域以區(qū)域性地名+鎮(zhèn)街名稱組合表示。3)當(dāng)氣象災(zāi)害影響一個區(qū)域性地名內(nèi)的所有鎮(zhèn)街時,預(yù)警區(qū)域用區(qū)域性地名表示。分區(qū)預(yù)警平臺可根據(jù)預(yù)報員操作實現(xiàn)預(yù)警區(qū)域的智能自動組合并分別說明各區(qū)域的預(yù)警內(nèi)容,避免了鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱的簡單羅列。其次在選定預(yù)警區(qū)域及預(yù)警信息種類等級后進入預(yù)警內(nèi)容制作環(huán)節(jié),由于公共氣象服務(wù)的范圍拓展和公眾服務(wù)需求提升,網(wǎng)站、微信、微博等新興媒體的興起,傳統(tǒng)預(yù)警信息內(nèi)容模式也呈現(xiàn)多樣化。“一次編輯,分類制作、同步顯示”成為快速制作預(yù)警信息內(nèi)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(fā)布方式預(yù)制了信息模板,不需要重新編制完整預(yù)警信息,預(yù)報員只需要更改時間、要素數(shù)據(jù),在1min內(nèi)快速完成預(yù)警信息的編輯,以免將寶貴的預(yù)警信息制作時間用在文字組織上,內(nèi)容模板化同樣也方便領(lǐng)導(dǎo)的快速審核簽發(fā)。

5.4 分區(qū)預(yù)警信息發(fā)布監(jiān)控

分區(qū)預(yù)警平臺全面對接2016年建設(shè)的蕭山區(qū)氣象局建立的突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布平臺,達到了氣象預(yù)警信息發(fā)布渠道“統(tǒng)一管理、實時監(jiān)控、高效發(fā)布”,分區(qū)預(yù)警平臺主要信息發(fā)布方式有以下幾種。1)短信發(fā)布:通過調(diào)用移動短信/12379國突短信平臺直接給區(qū)政府黨政領(lǐng)導(dǎo)、蕭山氣象災(zāi)害防御領(lǐng)導(dǎo)小組成員單位及其他防災(zāi)決策部門氣象防災(zāi)責(zé)任人發(fā)送短信,其中12379為默認短信發(fā)送渠道,不正常時可切換至本地移動信息機進行發(fā)送。信息接收對象中區(qū)政府黨政領(lǐng)導(dǎo)、區(qū)級決策部門氣象防災(zāi)責(zé)任人不區(qū)分鄉(xiāng)鎮(zhèn),鄉(xiāng)鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的黨政領(lǐng)導(dǎo)、氣象協(xié)理員、村氣息信息員及其他防災(zāi)責(zé)任人只接受該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象預(yù)警信息。暴雨、暴雪、道路結(jié)冰、臺風(fēng)等紅色預(yù)警信號啟動移動、聯(lián)通、電信、華數(shù)數(shù)字電視全網(wǎng)發(fā)布。2)電子傳真:通過調(diào)用4路傳真系統(tǒng)接口,直接給相關(guān)防災(zāi)決策部門、行業(yè)服務(wù)對象發(fā)送傳真。3)電視臺、無線廣播電臺、報紙:通過QQ郵箱發(fā)送郵件接口把預(yù)警信息傳給相關(guān)單位,由其通過各自發(fā)布渠道發(fā)布預(yù)警信息。4)LED電子屏:通過調(diào)用廠家LED信息發(fā)布接口直接發(fā)布預(yù)警信息。5)網(wǎng)站、手機APP、微信、微博等新媒體:對于本系統(tǒng)預(yù)警發(fā)布網(wǎng)站,可以直接在網(wǎng)站發(fā)布預(yù)警信息;對于其它網(wǎng)站,通過郵件方式傳遞預(yù)警信息。6)浙江省國突平臺:分區(qū)預(yù)警平臺根據(jù)預(yù)警信息生成XML格式信息上傳至杭州市氣象局制定目錄,預(yù)報員通過內(nèi)置復(fù)核模塊核對預(yù)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(xiàn)模擬人工預(yù)警復(fù)核功能,最終完成預(yù)警信息自動發(fā)布。鄉(xiāng)鎮(zhèn)分區(qū)預(yù)警信號發(fā)布結(jié)束后,分區(qū)預(yù)警平臺將根據(jù)不同的發(fā)布渠道和發(fā)布方式自動核查展示,實現(xiàn)發(fā)布渠道統(tǒng)一監(jiān)控、發(fā)布結(jié)果實時監(jiān)控、發(fā)布任務(wù)高效并發(fā),滿足政府決策、公共行業(yè)服務(wù)、市民的氣象服務(wù)需求,最大程度保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。

6 應(yīng) 用

2018年7月蕭山區(qū)氣象局開發(fā)的分區(qū)預(yù)警平臺已投入使用,在實際業(yè)務(wù)使用中預(yù)報員通過平臺實現(xiàn)了氣象災(zāi)害預(yù)警從自動提示到編輯、制作和完全發(fā)布整體時效壓縮在5min以內(nèi),可以對在蕭山某一鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)布預(yù)警信號,也可以對不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)布不同的預(yù)警信號,顯著地減少了預(yù)報員制作氣象預(yù)警信號的時間,預(yù)警信號發(fā)布時效效率成倍提高,深受預(yù)報員好評,目前分區(qū)預(yù)警平臺已在杭州地區(qū)全面推廣。

分區(qū)預(yù)警平臺所需要的數(shù)值預(yù)報資料都來自于省氣象局,相應(yīng)的制作發(fā)布規(guī)則基于省局業(yè)務(wù)規(guī)定,具有全省共同使用的基礎(chǔ)。各地只需要通過平臺集成自身個性化的發(fā)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(yù)報預(yù)測能力的提高,精細化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分區(qū)預(yù)警業(yè)務(wù)開展將讓預(yù)警發(fā)布形式多樣、產(chǎn)品樣式復(fù)雜、制作方式繁瑣,分區(qū)預(yù)警平臺高度融合了監(jiān)測預(yù)報數(shù)據(jù)、預(yù)警制作審核和預(yù)警信息發(fā)布,建成投入使用后氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警集成了各種探測資料和模式預(yù)報成果,實現(xiàn)了過去3h時到未來36h的無縫隙精細化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的智能化預(yù)警提醒,實現(xiàn)了分區(qū)預(yù)警智能化自動提醒,提高了預(yù)警的準(zhǔn)確率,為預(yù)報員準(zhǔn)確做好分區(qū)預(yù)警提供技術(shù)支撐。分區(qū)預(yù)警平臺必能有效緩解預(yù)警信號發(fā)布的“最后一公里”的問題。