杭州市萧山区气象灾害分区预警制作发布平台初探

廖振杨 朱泽华 傅卫东

(1.萧山区气象局,浙江 杭州 311200；2.杭州市气象局，浙江 杭州 310051)

0 引 言

我国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一,每年受台风、暴雨、干旱、洪涝等重大气象灾害影响的人口达4亿人次,造成经济损失约占GDP的1～3%。如何完善和提高预警信号发布的准确性、及时性对气象防灾减灾意义重大。2017年浙江省气象局更新发布了《气象灾害预警信号发布业务规定》,新《规定》指出预警信号发布遵循属地化原则,县级气象台承担本级行政区域及其管辖海域内预警信号的发布职责,且预警信号发布原则上以乡镇(街道)作为预警最小单元。但目前预警信号发布业务存在还存在不少问题,预警精细化程度不高,目前绝大部分气象灾害预警基本上按县级以上行政区域发布,实现气象灾害分区预警发布在全国范围来说主要集中在北京、上海、广东等省,分区预警信息发布业务开展不广泛,省内各区(县)气象局还未有相类似的预警信息制作发布平台,且目前各地预警技术集约化程度低,预警提醒、资料分析、制作、传播平台分离,不能适应气象灾害预警高时效的要求。缺乏相应的分区预警提醒、制作、发布、检验规则,不能标准化制作发布预警信号[1-3]。

近年来随着气象部门数据业务平台的不断升级换代,精细化的预报预测产品日益成熟。因此如何综合运用利用雷达和自动站资料、卫星云图资料开发相关的预报和服务产品,实现以镇街为最小单元发布气象预警信息,对进一步提高预报员的工作效率和决策水平具有重要意义。借助突发事件预警信息发布平台萧山区气象局实现了预警信号的快速制作与发布,一定程度上减轻了预警信号制作的工作量,提高了预警发布的效率。但随着公共气象服务的快速推进,服务对象与日俱增,预报员依靠未集成发布渠道的老平台发布一次预警信号可能需要20 min,相同内容的复制粘贴工作既费时又易出错,因此开发一个快速发布的预警信息制作发布平台就显得非常紧迫。2018年杭州市萧山区气象局开发完成了“杭州市萧山区气象灾害分区预警制作发布平台”(以下简称分区预警平台)。分区预警平台接入模式预报数据及各类实况要素,根据预制模板快速制作以镇街为最小发布单元的分区预警产品,实现了一次制作多种渠道不同模板同步分发功能,并可以一键式发布至LED显示屏、短信、传真、微信、微博、广播电视等渠道,预警信号发布时间可缩短至5 min内,实现了预警信号“最后一公里”快速发布。

1 设计思路

1.1 模式预报数据+实况监测数据实现过去3 h至未来36 h 13类气象灾害预警智能提醒

分区预警平台接入了浙江省气象局0～36 h内的模式预报数据,以MICPAS和CIMISS数据为主,数据内容主要有快速更新同化系统(ZJWARRS)、中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)、OCF、EC、JP、T639细网格、定量估测降水(QPE)、定量降水预报(QPF),实现6 h内的模式预报数据逐10 min更新,24 h内的区域模式预报逐1 h更新。结合雷达、自动站、大气电场、风廓线等实况资料,根据预制的提醒阈值实现过去3 h至未来36 h 13类气象灾害预警智能提醒,大幅度减轻预报员实况监控及发布预警信号时的资料分析压力。

2 预警信号制作发布规则

2.1 预警信号分区规则

预警区域以一个乡镇(街道)作为预警最小单元。当预警范围成片(连片)且预警类别相同时,可以以区域性地名范围作为预警范围,并分别说明各区域的预警内容。分区预警平台可根据提示及预报员操作实现预警区域的智能自动组合,可实现快速确定分区预警信号落区位置。

2.2 预警信号发布规则

每次预警按“同类同等级”原则发布,实现一次制作同时多次发布,避免不同类别预警信号或同一类别不同等级预警信号人工重复发送。

2.3 预警信号制作规则

预警信号发布渠道分为定向发布(乡镇区域)和非定向分布(全区)两种。定向发布指预警区域内对象能接收到,渠道主要包括乡镇决策短信、LED显示屏、农业气象APP及华数电视、手机短信全网分区发布。非定向发布渠道包括96121、广电媒体、气象网站、气象微信、省局多轨道网站、杭州气象网站、区政府党政领导、萧山气象灾害防御领导小组成员单位及其他防灾决策部门气象防灾责任人。预警信号在分区预警平台录入一次,即可实现一次性生成和并行播发不同种类级别、不同发发布渠道的预警信号内容。

3 预警信号检验原则

预警信号检验以乡镇(街道)作为最小单元检验。当某一区域同时发布多类预警信号或实况达到多类预警信号发布标准时,对每一类预警信号分别进行检验。当某一区域预警信号发布等级与预警实况等级不一致时,取较高等级进行检验。当某一区域发布多个同类预警信号不同等级时,检验标准是采取就高原则,即仅检验最高等级预警信号,检验开始时间以第一次发布该类预警信号时间计算,检验结束时间为该类预警信号解除时间或预警时效(取两者长者),实况取值为检验开始和结束之间的天气实况。

4 功能模块和技术框架

4.1 气象灾害分区预警功能模块

分别由监测预报分析、预警制作发布、发布对象管理、预警检验统计和后台管理模块组成(图1)。监测预报分析包含了精细化到乡镇的分类预警信号智能提示和监测预报资料叠加显示了两个主要功能。预警制作发布可以根据雷达、云图数值预报等自动生成乡镇预警区域和预警用语产品通过发布对象一键式并行发布。发布对象管理通过经纬度、预警级别类型、行政归属对发布渠道进行分类管理,发布内容模板可以进行预定和更改。预警检验统计预警以乡镇为最小单元进行存储,预警发布结果可以以乡镇为单元进行检验。后台管理可以实现预警提示阈值、系统用户设置,系统帮助和更新操作。

4.2 技术框架

分区预警平台兼顾性能、功和扩展要求,采用C/S和B/S混合编程方式进行开发,系统主要业务功能在C/S平台上实现,并以双屏模式进行操作。B/S部分采用ArcGIS for javascript技术,服务器端后台技术框架采用MVC架构,通过ArcGis server发布地图服务与B/S前端进行交互,采用ArcSDE空间数据引擎作为后端数据支撑,借助GI气象产品加工处理、WEBGIS、SVG矢量化图形、HTML5、WEBGL、Chart图形图表展现和Node.js信息推送等关键技术,保证了前端展示合理、交互友好。前端C/S部分采用ArcEngine,利用.NET组件化技术,基于Windows Form视窗可视化开发。平台采用5层框架层次和分布式网络结构(图2),实现了系统高时效、高稳定性的运转。

图1 萧山区气象灾害分区预警系统模块

图2 萧山区气象灾害分区预警系统技术架构

4.3 数据管理

分区预警平台数据基于CIMISS获取,后台程序实时运行同步CIMISS数据到本地的SQLite缓存数据库,数据缓存处理方案为成熟的Memcached技术。CIMISS资料包括:地面、海洋、高空、辐射、雷达、卫星、大气成分、服务产品等实况数据,同时缓存浙江省气象局现有的ZJWARRS、ZJWARMS、OCF、EC、JP、T639细网格、QPE、QPF等各种模式预报格点数据,提供扩展接口,满足不同系统数据输入及输出的访问需求。

5 主要功能

5.1 精细化到乡镇的智能预警提醒

萧山区气象局制定了《萧山区气象灾害预警信号发布技术指标》(范例见表1),发布技术指标规定了乡镇内任意指标站或模式预报要素值达到预警提醒或发布、升降级的阀值标准。以暴雨蓝色预警信号为例,当某乡镇范围内的区域自动站或模式预报出现以下3种情况时:1)累计降雨实况达到40 mm;2)累计降雨实况加上未来12 h模式预报值达到40 mm;3)未来12 h模式预报值达到50 mm时,平台将智能提醒预报员应当发布该乡镇暴雨蓝色预警信号。分区预警平台根据以上规则可识别出萧山全区及21个镇街在过去3 h至未来36 h的各个时间点(暴雨预警可实现3 h内10 min间隔)上的灾害天气类型等级(13类39种),其中全区取21个镇街灾害天气类型的并集,对应等级取21个镇街中的最高等级,识别效果见图3。

表1 萧山区预警信号分区发布技术指标示例

图3 萧山区预警信号分区平台预警信号智能提醒界面

5.2 集成显示监测预报预测信息

分区预警平台通过GIS叠加,监测预报分析模块内GIS地图上动态显示省内杭州及周边多普勒及双偏振雷达、自动站、大气电场、闪电定位等实况监测信息数据。各类模式预报预测信息可智能提供预警信息乡镇落区,预报员可结合实况数据演变外推综合分析制作分区预警产品。

5.3 分区预警信息制作审核

预报员经过分析后得出预警影响区域后,下一步要进分区预警信息制作。首先划定预警区域,预警区域组合可由点选、圈选、线选方式进行选择或去除,当预警范围成片(连片)且预警类别相同时,分区预警平台规定：1)当气象灾害影响同一区域性地名内的镇街个数<3个时,预警区域(影响范围)直接注明镇街名称。2)当气象灾害影响一个区域性地名内的镇街个数≥3个且未全覆盖时,预警区域以区域性地名+镇街名称组合表示。3)当气象灾害影响一个区域性地名内的所有镇街时,预警区域用区域性地名表示。分区预警平台可根据预报员操作实现预警区域的智能自动组合并分别说明各区域的预警内容,避免了乡镇名称的简单罗列。其次在选定预警区域及预警信息种类等级后进入预警内容制作环节,由于公共气象服务的范围拓展和公众服务需求提升,网站、微信、微博等新兴媒体的兴起,传统预警信息内容模式也呈现多样化。“一次编辑,分类制作、同步显示”成为快速制作预警信息内容的必然要求。按照手机短信、LED显示屏、新媒体、传真等多种发布方式预制了信息模板,不需要重新编制完整预警信息,预报员只需要更改时间、要素数据,在1min内快速完成预警信息的编辑,以免将宝贵的预警信息制作时间用在文字组织上,内容模板化同样也方便领导的快速审核签发。

5.4 分区预警信息发布监控

分区预警平台全面对接2016年建设的萧山区气象局建立的突发事件预警信息发布平台,达到了气象预警信息发布渠道“统一管理、实时监控、高效发布”,分区预警平台主要信息发布方式有以下几种。1)短信发布:通过调用移动短信/12379国突短信平台直接给区政府党政领导、萧山气象灾害防御领导小组成员单位及其他防灾决策部门气象防灾责任人发送短信,其中12379为默认短信发送渠道,不正常时可切换至本地移动信息机进行发送。信息接收对象中区政府党政领导、区级决策部门气象防灾责任人不区分乡镇,乡镇辖区内的党政领导、气象协理员、村气息信息员及其他防灾责任人只接受该乡镇的气象预警信息。暴雨、暴雪、道路结冰、台风等红色预警信号启动移动、联通、电信、华数数字电视全网发布。2)电子传真:通过调用4路传真系统接口,直接给相关防灾决策部门、行业服务对象发送传真。3)电视台、无线广播电台、报纸:通过QQ邮箱发送邮件接口把预警信息传给相关单位,由其通过各自发布渠道发布预警信息。4)LED电子屏:通过调用厂家LED信息发布接口直接发布预警信息。5)网站、手机APP、微信、微博等新媒体:对于本系统预警发布网站,可以直接在网站发布预警信息;对于其它网站,通过邮件方式传递预警信息。6)浙江省国突平台:分区预警平台根据预警信息生成XML格式信息上传至杭州市气象局制定目录,预报员通过内置复核模块核对预警信息,平台后台自动填入国突平台账号提交到国突平台,实现模拟人工预警复核功能,最终完成预警信息自动发布。乡镇分区预警信号发布结束后,分区预警平台将根据不同的发布渠道和发布方式自动核查展示,实现发布渠道统一监控、发布结果实时监控、发布任务高效并发,满足政府决策、公共行业服务、市民的气象服务需求,最大程度保障人民群众生命财产安全。

6 应 用

2018年7月萧山区气象局开发的分区预警平台已投入使用,在实际业务使用中预报员通过平台实现了气象灾害预警从自动提示到编辑、制作和完全发布整体时效压缩在5min以内,可以对在萧山某一乡镇发布预警信号,也可以对不同乡镇发布不同的预警信号,显著地减少了预报员制作气象预警信号的时间,预警信号发布时效效率成倍提高,深受预报员好评,目前分区预警平台已在杭州地区全面推广。

分区预警平台所需要的数值预报资料都来自于省气象局,相应的制作发布规则基于省局业务规定,具有全省共同使用的基础。各地只需要通过平台集成自身个性化的发布渠道就能快速推广使用,具备良好的可移植性。

随着气象预报预测能力的提高,精细化到乡镇的分区预警业务开展将让预警发布形式多样、产品样式复杂、制作方式繁琐,分区预警平台高度融合了监测预报数据、预警制作审核和预警信息发布,建成投入使用后气象灾害分区预警集成了各种探测资料和模式预报成果,实现了过去3h时到未来36h的无缝隙精细化到乡镇的智能化预警提醒,实现了分区预警智能化自动提醒,提高了预警的准确率,为预报员准确做好分区预警提供技术支撑。分区预警平台必能有效缓解预警信号发布的“最后一公里”的问题。