浙江森林火险气象等级精细化预报预警系统设计与实现

2013-04-13孔照林王亚云

科技视界 2013年36期

孔照林王亚云贾燕陆明

（1.浙江省气象台，浙江杭州 310017；2.浙江省气象信息网络中心，浙江杭州 310017；3.浙江省气象服务中心，浙江杭州 310017）

0 引言

浙江省位于我国东南沿海，地形复杂，森林覆盖率达60.58%，有七山一水两分田之说，因此森林火灾也是危害浙江省的主要灾害之一。根据浙江省生态省建设规划纲要和省委省政府关于全面推进林业现代化建设的意见，浙江着力建成比较完备的森林生态体系，在全国率先实现林业现代化，建立完善的森林防火体系是实现这一目标的重要保证，森林火险气象等级预报作为森林防火体系中不可或缺的一部分也被提到了非常重要地位。随着气象观测技术、数值预报技术、计算机技术的长足发展，为建立森林火险气象等级预报系统提供了可靠的技术保障。研究森林火灾发生和发展与气象条件的关系，研制森林火险气象等级精细化预报预警系统，制作和发布森林火险气象等级的预报，为各级部门、群众提供中、短期预报服务，对提高防御自然灾害能力,预防和减少森林火灾的发生和降低损失具有重要意义。

1 系统总体设计

1.1 森林火险气象等级模型

本系统主要考虑短期内天气和气象要素的变化对森林和草原可燃物易燃性的影响，并以此为依据划分火险等级。现阶段所采用的气象要素主要有：日最高气温、日最小相对湿度、连续无降水日数、预报日降水情况、日平均风速。其中日最高气温、预报日降水情况、日平均风速这三个要素的预报值主要是通过读取每日下午16:00的城镇报文，前期无降水日数主要是通过自动站数据可得，日最小相对湿度读取了WRF预报的值。目前产品的预报时效为72个小时，预报范围为浙江省67个常规站。预报方法主要是根据火灾危险度HTZ=A+B+C+D-E，计算HTZ的值对照森林火险天气等级标准，可得相应的火险等级；其中A为日最高气温指标值，B为日最小相对湿度指标值，C为连续无降水日数指标值，D为日平均风速指标值，E为预报日降水情况的指标值。

该模型相较之前的森林火险等级预报主要做了两点改进。一是实现了从森林火险区域性大范围预报转换到空间上更精细的逐站点的预报，并且预报时效增加到72个小时；其次是所读取的资料做了调整，主要采用了城镇预报的气象要素值进行计算，主观能动性得到了提高，重点加强了预报日降水情况要素对森林火险作用的考虑。

1.2 系统体系结构

系统采用三层网络体系结构，由数据层、运算传输层和显示层组成，如图1所示。该结构的特点是各层分离，数据层主要处理原始预报数据的获取、保存以及数据入原始数据库的功能，运算传输层实现森林火险气象等级预报模型的运算以及结果的传输，显示层主要实现用户查看结果，采用WEB客户端方式。这种结构完全适合于森林火险等级预报系统的数据发布模式,在数据传输效率、功能实现与网络维护上体现出了明显的优势。

图1 数据体系结构

2 系统开发和实现

本系统软件主要由森林火险气象等级运算子系统、人机交互订正子系统和预报产品WEB显示子系统三部分组成。

2.1 森林火险气象等级运算子系统

该子系统利用Microsoft Visual Studio 2008平台以及C#语言设计编译完成。后台系统数据库平台为Microsoft SQL Server 2005。森林火险气象等级指数运算的核心方程为：HTZ=A+B+C+D-E，其中A指数为森林防火期每日的最高空气温度的森林火险天气指数，读取的是各地市城镇报中预报的最高温度并计算的权重值。B指数为森林防火期每日的最小相对湿度的森林火险天气指数，根据浙江省气象台WRF模式中的预报日最低RH值并赋予的权重值。C指数为森林防火期每日前期或当日的降水量及连续无降水日数的森林火险天气指数，读取的是浙江省自动站气象数据库中开始计算日之前10天的降水量并计算的权重值。D指数为森林防火期每日的最大风力等级的森林火险天气指数，读取的是各地市城镇报中预报的最大风速电码并计算的权重值。E指数为预报日降水情况对应的森林火险天气指数，读取的是城镇报天气代码并计算的权重值。

2.2 人机交互订正子系统

为了克服奇异值、计算误差等各种情况的出现，在森林火险气象等级预报对公众公布前必须由预报员根据预报资料和预报经验进行人工订正，所以本系统必须开发一个供预报员使用的人机交互订正子系统。子系统分为三部分：GIS交互区、数据交互区和控制区，具体如图2所示。

图2 人机交互订正子系统界面

GIS交互区采用自我开发的具有GIS功能的气象信息显示控件MIDS，该控件使用ATL开发的控件不依赖运行库，尺寸较小，能够以等值线、填色等值区域等方式显示数据，支持数据分层叠加显示。支持以Http方式下载数据并显示。支持图层叠加，支持通用的GIS地图格式，支持地图放大、缩小、漫游操作。多图层叠加显示功能使用图层类实现，首先建立一个HCLayer的基类，该类有一个虚函数OnDraw()来实现图层的绘制。然后从HCLayer派生出HCStationLayer（站点资料显示图层）、HCGridLayer（格点资料显示图层）、HCImageLayer（图像资料显示图层）、HCUserLayer（用户自定义绘制图层）。等值线的绘制是使用格点资料进行绘制的。具体分为等值点的计算、追踪连接、等值线标注、等值线填充等几个步骤。Gis地图的格式支持使用TinyXML实现XML格式的GMP地图文件的读入。该区域可实现浙江1：50000地理信息的显示和消隐，森林火险气象等级预报的叠加和修改，预报数据的实时传输等功能。

数据交互区是预报数据通过网格的方式提供给预报员修改，可实现按数值大小、地理位置排序，可实现批量修改。控制区是控制基本文件操作、地理信息控制和数据传输控制的区域，包含图片保存、地图放大缩小、数据传输等功能。

2.3 预报产品WEB显示子系统

通过C#ASP网页技术编写的森林火险预报产品WEB显示子系统用来将预报产品实时传输给相关部门和公众，第一时间将预报信息服务到位，做到及时提醒防御。具体如图3所示。

3 应用与评估

该系统2012年5月起正式业务化运行，成为省级森林火险气象等级精细化预报预警核心系统，每日16：00准时发布全省各县的森林火险气象等级预报和预警，为全省的相关部门提供了重要的参考，为防范森林火灾，减少经济损失起到了重要的作用。

图3 森林火险等级预报产品

同时为了了解系统运行的效果，本系统对发布的分县森林火险气象等级预报进行了检验评分，以2012年6月为例，全省共发布24小时、48小时、72小时全省（67站）分县森林火险气象等级预报30次，准确的次数分别为24小时12.6次、48小时10.8次、72小时9.1次，基本准确的次数分别为：24小时 14.8次、48小时14.9次、72小时13.6次；基本准确以上得分24小时、48小时、72小时分别为91.4%、85.9%和76%，预报效果达到优秀标准，具体检验结果如表1所示。