城市氣象災害預警協(xié)同響應模式研究

李季梅 姚曉暉

摘 ?要：在全球氣候變化的背景下，我國極端氣候事件頻發(fā)，每年洪澇、高溫、臺風、暴雨、冰雹等氣象災害都會引起人員傷亡、重大的經(jīng)濟損失和社會影響。隨著我國城市化進程的加快，城市的人口密度和財富不斷累積，社會運營網(wǎng)絡日趨復雜，脆弱性增加，耦合度增高，氣象災害產(chǎn)生的影響越來越大。文章總結了城市氣象災害的主要類型及其特征，并對我國當前氣象災害預警響應的現(xiàn)狀和問題進行了分析，設計了從前端信息采集到綜合分析研判再到推送與展示的三階段預警協(xié)同響應流程，給出了氣象災害預警協(xié)同響應管理平臺的功能架構，以期為以氣象災害預警為觸發(fā)點的城市安全與應急協(xié)同響應機制提供參考。

關鍵詞：氣候變化;氣象災害;預警;協(xié)同響應;管理平臺

中圖分類號：P429 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：In the context of global climate change， extreme weather events occur frequently in China. Floods， high temperatures， typhoons，rainstorms，hail and other meteorological disasters cause heavy casualties，economic losses and social impacts every year. With the process of urbanization in China，the urban population density and wealth are continuously accumulated， the social operation network is increasingly complex，the vulnerability is enhanced， the coupling degree is increased， and the impact of meteorological disasters is greater. In this paper， the main types and characteristics of urban meteorological disasters are summarized，and the present situation and problems of meteorological disaster early warning response in China are analyzed. On this basis，the functional framework of cooperative response management platform for meteorological disaster early warning is proposed， which can provide support for the coordinated urban safety and emergency response.

Keywords：climatic change; meteorological disaster; early warning; cooperative response; management platform

一、城市氣象災害發(fā)展趨勢

氣候是指某一地區(qū)多年來大氣的一般狀態(tài)，是各時段各種天氣過程的綜合表現(xiàn)。依據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC），“氣候變化”是指除了正常狀態(tài)觀測到的氣候的自然變化之外，由于人類直接或間接的行為活動對地球大氣產(chǎn)生影響，從而造成的氣候變化，其包括幾十年或更長時間內(nèi)發(fā)生的溫度、降水或風向等的重大變化[1-2]。

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，政府間氣候變化委員會）第五次評估報告認為，氣候變化已經(jīng)毋庸置疑，極端氣候事件在發(fā)生頻率、強度和影響范圍等方面都超出了人們的一般認知。據(jù)統(tǒng)計，近30年全球由氣象災害及其衍生災害引起的損失占到了所有重大自然災害中的86%、因災死亡人口中的59%、經(jīng)濟損失中的84%、保險損失中的91%[3]。德國非政府組織“德國觀察”發(fā)布的《全球氣候風險指數(shù)報告》在分析1997年至2016年各國受風暴、洪水和高溫等天氣氣候事件的影響時指出，1997年至2016年全球共計發(fā)生1.1萬多起極端天氣氣候事件，52.4萬多人喪生，造成經(jīng)濟損失達3.16萬億美元[4]。根據(jù)聯(lián)合國在2015年發(fā)布的“氣象災害造成的人類損失”（The Human Cost of Weather Related Disasters）統(tǒng)計，2005年到2015 年的十年間，全球平均每年發(fā)生的氣候相關災害有335 次，與上一個十年相比增加 14%，且未來仍將持續(xù)增加[5]。

極端氣候事件和災害種類多、影響范圍廣、發(fā)生頻率高是我國氣象災害當前的現(xiàn)狀。據(jù)統(tǒng)計，我國在2001年至2011年期間，平均每年因氣象災害造成的直接經(jīng)濟損失超過2000億元，并呈現(xiàn)不斷增加的趨勢[6]。當前，人類社會應對氣候變化的兩種重要措施是減緩和適應[7]。雖然減緩措施一定程度上可以減小氣候變化的速度與規(guī)模，但氣候變化的影響有巨大的慣性，無論采取什么措施，全球氣候變化及其影響仍將持續(xù)一二百年[8]。因此，必須采取適應性措施，增強自身防災、減災、抗災的能力，盡最大可能降低人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響，將氣候變化的影響降到最低。

氣象災害主要有暴雨、旱災、熱帶氣旋、低溫冷（凍）害、雹災和霧災等共 7大類20余種，細分可達數(shù)十種甚至上百種[9]。城市氣象災害是指發(fā)生在城市地區(qū)，因氣象因素發(fā)生異常，產(chǎn)生災變，對城市居民生命安全、財產(chǎn)安全、建筑物、資源環(huán)境等造成危害的各類事件，主要包括暴雨洪澇、高溫熱浪、大風和冰雪等災害。

在城市化進程中，人口的高度聚集、建筑面積的不斷擴大、人類生產(chǎn)活動的持續(xù)增多在一定程度上改變了城市下墊面環(huán)境，城市氣象災害在耦合了城市和氣象災害兩個要素后，具有以下特點：

（一）城市氣象災害的致災風險高，損失嚴重

氣象災害本身往往破壞力強，影響范圍廣，加之城市的社會經(jīng)濟發(fā)展水平高，人口密集，導致城市在氣象災害發(fā)生時比較脆弱，可能引起重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失[10]。一般而言，在響應水平相似時，同等強度的氣象災害，在人口越稠密、經(jīng)濟越發(fā)達的地區(qū)產(chǎn)生的后果更嚴重，社會影響更大。

（二）城市系統(tǒng)復雜，氣象災害易引發(fā)次生衍生災害

城市系統(tǒng)中各要素高度關聯(lián)，極易造成系統(tǒng)中的某一類對象發(fā)生災害時，迅速影響到其他相關領域。如高溫熱浪災害，會直接引起供水、供電的需求量在短時間內(nèi)劇增，也會直接導致城市居民中暑率和死亡率的升高，進而引發(fā)城市水資源、能源、醫(yī)療資源等的緊張并引發(fā)多種衍生事件。

（三）城市輻射面廣，氣象災害的社會影響大

城市通常是一個區(qū)域的經(jīng)濟、政治和文化中心，積聚了大量的人口、教育機構、政府機關、金融機構、文化娛樂場所等。因此，氣象災害的發(fā)生不僅會造成直接的生命和財產(chǎn)損失，還會引起不利的社會影響，對生產(chǎn)生活、社會秩序和居民心理產(chǎn)生影響，甚至影響區(qū)域的穩(wěn)定運行。

二、城市氣象災害監(jiān)測預警響應現(xiàn)狀

在氣象災害發(fā)生區(qū)域、影響范圍越來越廣，發(fā)生頻率越來越高的背景下，由于城市化進程加快所帶來的財富、人口的聚集和城市運行系統(tǒng)的愈加復雜，城市氣象災害帶來的直接和間接損失愈發(fā)嚴重。因此，對氣象災害進行及時有效地監(jiān)測和預警，并采取科學高效的響應措施進行防御和應對，從而有效減少人員傷亡和經(jīng)濟損失就顯得非常重要。

近年來，我國在氣象監(jiān)測和預警方面不斷加大投入，取得了較大成績。據(jù)統(tǒng)計，在監(jiān)測方面，截至2017年底，我國氣象部門基本建成了由2933個地面氣象觀測站、57435個區(qū)域氣象觀測點、120個高空氣象探測站、795個天氣雷達站、55151個氣象衛(wèi)星地面接收站、9 個大氣本底臺（站）構成的氣象災害立體監(jiān)測網(wǎng);在氣象災害預警信息發(fā)布建設方面，截至2017年底，全國21個省級、183個市級、683個縣級政府成立了本級突發(fā)事件預警信息發(fā)布中心機構，基本實現(xiàn)了國家、省、市三級預警信息發(fā)布機構與政府應急管理部門[11]。整體來看，當前氣象災害監(jiān)測預警模式已經(jīng)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗判斷轉變?yōu)橐揽楷F(xiàn)代數(shù)學、物理學實現(xiàn)業(yè)務化的數(shù)值天氣預報，在預警準確率上有了較好的保證。

但監(jiān)測、預警只是事件管理中的一個環(huán)節(jié)，有效響應、科學處置、減少事件損失和影響才是應急管理的最終目標，當前我國氣象災害應急全流程方面還存在數(shù)據(jù)共享流程不暢、協(xié)同響應機制不健全、對城市規(guī)劃建設支撐不足等問題。

（一）氣象災害監(jiān)測預警數(shù)據(jù)共享流程不暢

一方面，從氣象部門內(nèi)部來看，多部門多災種的監(jiān)測預報預警系統(tǒng)存在統(tǒng)一規(guī)劃不足、分散建設、重復建設等問題，監(jiān)測預報預警數(shù)據(jù)和災情數(shù)據(jù)彼此交換不暢，氣象災害的評估不全面。另一方面，當前氣象部門和其他部門之間存在“數(shù)據(jù)私有”現(xiàn)象，信息交流不足，難以適應氣候變化大背景下的氣象災害多發(fā)、非常規(guī)氣象災害涌現(xiàn)的趨勢。

（二）氣象災害協(xié)同響應機制不健全

當前關于預警信息管理的各類技術系統(tǒng)和硬件設施建設很多，如氣象監(jiān)測、城市管網(wǎng)監(jiān)測、人防工程監(jiān)測、公共衛(wèi)生監(jiān)測、城市道路監(jiān)測等系統(tǒng)，各監(jiān)測系統(tǒng)多分屬在不同的政府部門，系統(tǒng)相對獨立，在物理結構和邏輯應用上缺乏系統(tǒng)的集成，面對氣象災害時，無法進行疊加耦合風險點的及時識別和防控，降低了預警信息管理效率和對信息的有效挖掘。

（三）氣象災害預警信息對城市規(guī)劃建設的支撐不足

一方面，城市的產(chǎn)業(yè)結構、功能規(guī)劃、建筑布局、基礎設施建設未能基于本地區(qū)的氣象災害長時規(guī)律進行設計和調(diào)整，從根源上不相適應。另一方面，在應急隊伍建設、應急物資儲備、應急教育培訓等方面與氣象災害的類型和特點不匹配。

三、城市氣象災害預警協(xié)同響應流程

由于城市氣象災害的連鎖性強，次生衍生災害多，因此需要進行多渠道、多介質(zhì)的信息集成，多階段、多維度的分析研判，多主體、多介質(zhì)的信息發(fā)布和展示。從信息的輸入、處理與輸出三個環(huán)節(jié)進行劃分，氣象災害預警協(xié)同響應可分為三大階段：信息采集、綜合分析研判、結果推送與展示（見圖1）。

（一）多渠道—多介質(zhì)的信息集成

隨著城市管理的現(xiàn)代化、信息化、智能化，各類監(jiān)測檢測技術快速發(fā)展，各行業(yè)領域內(nèi)的監(jiān)測分析系統(tǒng)也紛紛建成。要實現(xiàn)氣象災害預警信息的協(xié)同響應，首先就要在源頭實現(xiàn)信息的匯集，當前主要信息來源為氣象中心的各類氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、城市運行相關的數(shù)據(jù)監(jiān)測信息以及人工輸入的數(shù)據(jù)（信息集成的主要數(shù)據(jù)源見圖2）。各類監(jiān)測數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準進行數(shù)據(jù)篩選和規(guī)范化后，存入綜合研判分析模塊的數(shù)據(jù)庫中。

在信息集成層面應圍繞氣象災害的類型和等級進行關聯(lián)信息的組織，形成不同的專題數(shù)據(jù)庫。比如，圍繞暴雨洪澇災害，建立關聯(lián)數(shù)據(jù)庫，包括危舊房屋、低洼院落、危險樹木、在建工地（基坑）、積滯水點、人防工程、地下空間、地下管線、下凹式立交橋橋區(qū)、樓頂（樓體）防護、電梯運行間、狹窄街巷、護院圍墻、文物單位、拆遷區(qū)域、河湖等災害易發(fā)區(qū)、旅游景點等重點部位的相關信息。

（二）多階段—多維度的綜合分析研判

綜合分析研判模塊根據(jù)預警信息，以基礎信息數(shù)據(jù)庫和業(yè)務信息數(shù)據(jù)庫為基礎，在輔助決策數(shù)據(jù)庫的支撐下，通過相應的研判規(guī)則和模型，生成相應“分類—分級—分區(qū)”的響應信息等。響應信息根據(jù)對應的預警工作方案，利用派發(fā)規(guī)則模型等實現(xiàn)各項行動方案的生成和派發(fā)（分析研判框架見圖3）。

綜合分析模塊在預警階段是根據(jù)最新預警信息的獲取和響應任務的執(zhí)行情況多階段動態(tài)更新研判結果，其最重要的目的是給不同區(qū)域不同人員針對性的響應措施。如，高溫紅色預警時，從受眾分類上來講，消防部門應加大值班警力投入、戶外露天作業(yè)人員應停工、對老弱病人員加強照料護理;從區(qū)域上來講，旅游景區(qū)應提醒游客注意避暑、加強醫(yī)療準備，學校應視情況暫停戶外活動。

（三）多主體—多介質(zhì)的信息發(fā)布和展示

信息發(fā)布應采取多種方式的組合，既可以選擇廣播、電視、電話、張貼通知等傳統(tǒng)方式，也可以選擇微信、微博等新媒體方式，同時也可通過短信、警報器、顯示屏、宣傳車等方式進行。同時，應實現(xiàn)接收群體的最大化覆蓋，針對老弱病殘孕等特殊人群、學校等特殊場所、地下空間等信息接收不便區(qū)域，根據(jù)實際情況采取對應的方式。

從信息接收主體的角度來講，主要類型包括指揮中心的大屏等各種顯示系統(tǒng)、相關單位的計算機終端、應急人員的對講機等移動終端、面向社會公眾的電視廣播終端和手機等。顯示控制服務根據(jù)消息的類型、顯示端的類型以及顯示的方式要求，將預警消息推送到指揮中心拼接大屏、各類移動終端、對講機等用戶界面，并以視頻、圖像、語音等方式通知用戶。在信息推送和展示時要注意文語轉換、定時播報、緊急播報、播報設置、顯示設置、次數(shù)設置、身份鑒別、狀態(tài)監(jiān)測、外設控制等方面的內(nèi)容。

四、城市氣象災害預警協(xié)同響應管理平臺

充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術、計算機技術、3S技術、人工智能技術等進行信息綜合集成研判和輔助決策分析是當前各領域重要研究方向。在氣象災害預警系統(tǒng)平臺建設方面，當前的研究主要集中在單一領域的氣象信息監(jiān)測和預警發(fā)布、氣象災害數(shù)據(jù)庫管理以及氣象災害防御方面。在面向城市整體運行管理，以氣象災害預警為觸發(fā)點的城市綜合預警信息管理和響應平臺方面的研究相對較少[12-16]。氣象災害預警綜合響應平臺應實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集分析、預警信息統(tǒng)一發(fā)布、預警任務全過程監(jiān)控等多種功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)預警處置過程中重點流程的追溯和重要事件管理過程的重現(xiàn)，實現(xiàn)各類信息的快速獲取和分發(fā)，實現(xiàn)預警控制措施的責任到人和有效控制，實現(xiàn)預警處置的快速高效、協(xié)調(diào)有序指揮。氣象災害預警響應平臺應包含以下主要功能模塊：

（一）預警信息管理

預警信息管理是對預警信息進行匯集、處理與分發(fā)的功能模塊，集預警信息采集、分析、審核、發(fā)布、反饋、驗收各項功能點于一體，實現(xiàn)全流程的閉環(huán)管理（見表1）。

（二）隱患點管理

隱患點管理接收來自各類人員在各區(qū)域發(fā)現(xiàn)的隱患，如公園、街道、學校等地點的危舊房屋、危險樹木、積水點等隱患信息，并實現(xiàn)“上報—整改—反饋—審核”的全流程管理，其功能模塊見表2。

（三）風險管理

風險管理模塊針對可能會對區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不利影響的各種風險實施管理，如道路積水風險、老舊小區(qū)風險等，其功能模塊見表3。

（四）知識庫管理

知識庫（輔助決策）是集合氣象災害相關的風險與應急理論、技術、管理、制度、案例等知識，提供的基礎性策略和方法，用以支撐預警信息管理、風險管理和隱患管理及相關功能模塊的運行。知識庫管理包括預警信息策略管理、預警控制措施方案管理、案例管理、體系管理、法律法規(guī)管理以及技術標準管理等，其功能見表4。

（五）統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊主要用于對系統(tǒng)內(nèi)的各類信息進行分不同維度的統(tǒng)計和分析，可得到規(guī)律性結果，反映出預警工作中存在的薄弱環(huán)節(jié)。統(tǒng)計分析包括綜合預警統(tǒng)計、預警診斷與推送、預警管理工作周報/月報/季報/年報、專項業(yè)務統(tǒng)計分析等，具體功能見表5。

（六）集成管理

集成管理負責對接入的各類技術系統(tǒng)進行管理和設置，如統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)來源IP、端口號、數(shù)據(jù)格式、更新頻率等?？杉傻募夹g系統(tǒng)主要包括氣象監(jiān)測、視頻監(jiān)測、雨量監(jiān)測、交通監(jiān)測等系統(tǒng)。

（七）基礎信息管理

基礎信息管理主要實現(xiàn)預警處置過程中的人員機構、物資設備等相關信息的維護。機構與人員層面包括管理人員、應急隊伍、受眾、專家等。物資設備應從類型、數(shù)量、存放地點、使用的災害類型、管理人員等方面進行系統(tǒng)管理。

五、總結

災害種類多、影響范圍廣、發(fā)生頻率高是我國極端氣候事件當前的現(xiàn)狀。在全球氣候變化多端、城鎮(zhèn)化速度加快的背景下，氣象災害的發(fā)生區(qū)域、強度呈現(xiàn)出新的規(guī)律，產(chǎn)生的直接和間接損失嚴重。因此，對氣象災害進行監(jiān)測、預警和評估，并采取科學高效的措施進行預防和響應，降低生命財產(chǎn)損失和社會影響就是當前城市管理中的一項重要工作。筆者對城市暴雨洪澇、高溫熱浪、大風等典型氣象災害類型和特征進行了總結，分析了我國當前氣象災害監(jiān)測預警的現(xiàn)狀以及在信息共享、系統(tǒng)集成、輔助決策等方面的問題，設計了前端信息采集、綜合分析研判、推送與展示三階段綜合預警響應流程，給出了包含預警信息管理、安全隱患管理、風險管理、知識庫管理等模塊的氣象災害綜合預警響應平臺設計，以期為以氣象災害預警為觸發(fā)點、面向城市整體運行管理的協(xié)同響應機制提供參考。

參考文獻：

[1]Unitednations.UnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange[EB/OL].2017-06-15[2019-06-15.http：//unfccc.int/2860.php.

[2]徐文文.論后京都時代國際氣候制度[D].上海：華東政法大學，2008.

[3]苗艷麗.地市報刊做活氣象新聞報道的思考[EB/OL].2017-02-16[2019-06-15].http：//data.chinaxwcb.com/epaper2017/epaper/d6446/d4b/201702/75168.html.

[4]吳鵬[編譯].《全球氣候風險指數(shù)報告》：1997至2016年極端天氣氣候事件致3.16萬億美元損失[EB/OL].2017-11-21[2019-06-15].http：//www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxkj/qxkjgjqy/201711/t20171121_456513.html.

[5]鄧詩琪.氣候變化背景下城市社區(qū)雨澇災害韌性測度研究[D].南京：南京工業(yè)大學，2018.

[6]何志揚，龐亞威.中國氣候災害保險的發(fā)展及其風險控制[J].金融與經(jīng)濟，2015（06）：46，75-78.

[7]潘志華，鄭大瑋.適應氣候變化的內(nèi)涵、機制與理論研究框架初探[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2013，034（006）：12-17.

[8]楊雅婷.抗震防災視角下城市韌性社區(qū)評價體系及優(yōu)化策略研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2016.

[9]辛吉武，許向春.我國的主要氣象災害及防御對策[J].災害學，2007（03）：85-89.

[10]王雪林.城市氣象災害應急能力綜合評價研究[D].西安：西安建筑科技大學，2018

[11]孔鋒.新時代我國氣象災害預警預報體系建設情況[J].中國減災，2018（15）：18-19.

[12]龐芳.氣象災害監(jiān)測預警及應急服務輔助決策系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2010.

[13]許皓皓，何彩芬.氣象災害數(shù)據(jù)庫管理與分析系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程，2017（17）：156-158.

[14]劉巖.災害天氣綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].濟南：山東大學，2010.

[15]談玲.應對區(qū)域氣象災害的多平臺氣象預警體系研究[J].信息技術，2014（7）：78-80.

[16]王進山，紅蕾.南京市浦口區(qū)氣象災害應急管理體系建設研究[J].氣象科學，2018（2）：271-280.