基于实况监测的气象预警辅助平台设计和应用*

蓝秋萍 饶灶鑫 林联发 韦英英

(1.福建省泉州市气象局，福建 泉州 362000；2.福建省石狮市气象局，福建 泉州 362700)

1 平台开发背景

灾害性天气的监测预警一直是各级气象部门业务工作的重点，也是做好气象服务的关键。2016年，中国气象局发布《基层气象台站突发气象灾害临近预警服务业务基本要求》，提出实时监测、临近预警、预警信息发布等业务要求：当天气实况达到预警标准或在实时监测的基础上预计本辖区突发气象灾害达到预警标准时，值班人员须及时发布预警信息；对业务系统也提出了能够设置突发气象灾害阈值并能自动报警的要求。为加强短时临近天气监测预报预警业务管理，提高短时临近天气监测预报预警业务能力，减轻气象灾害损失，2017年12月，中国气象局编制了《基层突发灾害性天气预警服务基本标准规范(试行)》，指出市级气象部门负责开展本级行政区域突发灾害性天气的监测预警、信息发布及业务监控工作，负责对县级气象部门开展突发灾害性天气预警服务提供业务指导。2018年10月，福建省气象局修订完成了《福建省短时临近天气业务规定》，提出监测联防和预报预警等具体业务要求。

泉州市灾害性天气频发，气象灾害的监测预警主要通过“福建省短临预报预警服务系统”(以下简称“短临系统”)和人工操作福建省气象信息处理系统 (以下简称“EWIPS”)。“短临系统”实现了短时强降水和大风两类灾害性天气的实况告警、短临预报制作和发布渠道的一体化开发等功能，但该系统主要针对短时强降水和大风两种突发气象灾害，预警种类少，无法进行预警情况的分县统计，要素的精细化查看功能等方面不能满足实际业务需求；“EWIPS”需要人工操作查看，对于是否达到预警无告警功能，也无法导出所需的预警文字和服务表格。针对以上实际业务情况，为进一步提高泉州市、县两级强天气的监测预警业务能力和响应速度，本平台在原“气象要素实时监控预警平台”[1]基础上进行升级改造，实现了常见灾害性天气的实时分县预警，强天气包括短时强降水、分级暴雨、雷电、大风、雾、霾、高温、霜冻、干旱等9大类，基本涵盖了泉州市常见的气象灾害。该平台保留了原“预警平台”操作简单、自动化程度高、预警时间快的优点，新增的气象灾害告警功能在2019年泉州市汛期气象服务中对灾害性天气的过程服务起到提前告警作用，对乡镇精细化服务有较好的辅助作用，有效提高了日常工作效率和业务水平。

2 平台开发运行环境和界面设计

本平台基于Windows 7的32位操作系统、使用C# Visual Studio 2010的C/S架构[2]开发，程序类库为.Net Framework4.0，Word操作引用为Microsoft Office 2007。经测试，平台可在安装.Net Framework4.0及以上版本的Win7系统下稳定运行。

该平台界面由工具栏、数据导航栏、数据显示主界面、预警文字滚动栏和数据处理状态栏五个视图模块组成，如图1所示。工具栏为人工操作模块，含手动更新采集数据、预警响应、配置保存、操作说明等；数据查看导航栏可查看警戒或预警的分县监测、雨量等气象要素的逐5分钟滑动统计排名，各县实时闪电次数、干旱数据、原始数据处理过程和缺测站点；数据查看导航栏的具体数据在数据主界面显示；站点达到预警标准时，预警文字滚动栏将不停地滚动提示；数据处理状态栏显示当前数据时间、处理进度和自动站数据到报等情况。

图1 基于实况监测的气象预警辅助平台设计界面

3 数据处理和质量监控

3.1 原始数据处理

原始数据包括自动站AI数据、闪电定位数据、省局干旱监测产品等。为提高数据读取及统计效率，该平台不直接采用自动站原始数据，而采用本平台后台线程预先处理好的数据，采集配置站点的气象要素，形成新的数据文件，其命名方式为：yyyyMMddHHmm.txt，数据格式为 ：区站号 雨量 最高气温 最低气温 极大风速 最低能见度 干旱日数 闪电次数，其中干旱日数和闪电次数到县一级，其余到乡镇一级，没有的观测要素以-999缺省。数据线程处理过程中占用计算机后台内存资源，不占用程序界面资源，处理过程中平台仍可进行要素最新排名查看和人工统计的操作，不影响平台的运行。数据文件站点量和要素的简化可有效提高监测预警和要素统计模块的处理速度，实况监测预警的时间在出现达到警戒或预警条件后3分钟左右。雷电预警采用闪电定位频次作为参考[3]。

3.2 告警流程

原始气象要素数据采集并质控完成后，结果在界面上按排名显示，进行单站气象要素的告警以及达到警戒、预警站点数的分县(市)统计，处理流程见图2，实现过程如下。

图2 基于实况监测的气象预警辅助平台告警流程

(1)采集。逐60秒判断原始数据文件是否更新。如有更新，后续数据处理过程需时30秒左右，而文件到达时间一般比数据时间迟1分钟多，因此可以做到实况出现后3分钟左右预警,合理的警戒值设定可以达到提前告警的目的。

(2)处理。提取配置站点逐5分钟自动站气象要素，存储为数据文本。气象要素含累积雨量、最高气温、最低气温、极大风速、最低能见度；闪电定位进行地理坐标的换算；获取泉州各县干旱数据，含干旱日数、级别和全省分布图。

(3)分析。统计过去1小时、2小时、3小时、6小时、12小时逐5分钟累积雨量；获取当前时刻最高气温、最低气温、极大风速、最低能见度、湿度等气象要素；统计当前时刻各县出现闪电的次数；获取各县的干旱日数、干旱等级等监测数据。采用字典排序法在对应的数据界面进行排序显示，以便直观查看。

(4)告警。各县9大类气象灾害警戒和预警站点数统计，当某站(县)气象要素达到预设的预警值，且已超过预警时效时，生成预警文字信息并滚动走屏、发出警报声。

4 功能模块

4.1 配置管理

配置管理模块含“预警设置”“运行设置”和“站点配置”三个模块(见图3)。

图3 基于实况监测的气象预警辅助平台配置界面(左)、数据统计查看界面(右)

“预警设置”分为警戒设置和预警设置，警戒值根据经验设置或参照其他成熟的业务平台配置，预警值一般按照预警信号发布标准设置。该平台为5分钟实时统计判断是否告警，为避免同一站点短时间内重复告警，增加下次告警时间设置，即达到预警信号发布标准的站点，首次告警后再次告警的时间长度。

运行设置，设置资料路径和运行参数，自动站路径可设置市局数据服务器路径，干旱和闪电定位路径为省局路径；数据搜索频率一般设置60秒；缺站数可根据实际设置，指的是过去某个时次处理的数据缺站数超过该数值则重新处理该时次数据；根据经验，雾霾的相对湿度界限一般配置80。

站点配置：配置站点某种气象灾害是否告警，可进行站点的添加、修改和删除。所有站点默认短时强降水告警，雷电和干旱只告警到县一级，暴雨、大风等其他预警可根据该乡镇是否业务考核或实际需要逐个进行配置。

4.2 实况监测和预警的分县监测

平台将根据配置管理模块参数值自动运行，界面“数据处理状态栏”将显示处理数据的时次、进度和缺测站数。导航栏中的“雨量直报”可查看逐5分钟1、2、3、6、12小时雨量滚动统计及排名，以及达到短信直报(1、2、3小时)时的文本。短信直报记录将自动保存以备查询；“其他数据”可查看当前高温、低温、极大风、能见度要素及排名；“闪电定位”可以查看当前时次及过去逐小时各县的闪电次数，该泉州底图采用EWIPS地图，进行经纬度和地图坐标转化[4]，定位存在一定(极小)偏差；“干旱监测”可以查看各县最新的干旱日数统计及全省干旱分布图， 该统计采用省局监测数据，有干旱数据更新时，平台将同步更新。以上各类实况监测，通过点击表格内的站点可以查看当前时次及其过去24小时逐时要素值及统计。

9大类气象灾害的实时分县警戒、分县预警在“分县监测”功能模块显示，分别统计各县各类天气达到警戒或预警的站点数，此统计告警为县局做好预警信息的发布和相关服务起到辅助指导。格式为：“站点数/考核总站数”，闪电次数的格式为：“闪电次数/告警设置值”，干旱日数的格式为：“干旱日数/告警设置值”。具体站次和要素值在界面右边显示，需要快速查看某县某种天气达到告警的具体站次，可点击界面对应的数值框，如需要查看惠安-暴雨蓝色的站点时，点击对应的“2/10”，跳出具体站点和雨量(见图3)，如需更详细的降水资料，则在“雨量直报”中查询。点击“闪电次数”或“干旱日数”则跳到“功能导航栏”对应的处理界面查看。最新预警的站点在“预警滚动提示栏”滚动。

4.3 乡镇警戒和预警

逐5分钟判断单个站点(乡镇)是否达到预警标准和下一次告警时间，满足条件时，平台将持续发出告警声，并在任务栏跳出“最新预警提示”图标，任务栏图标持续闪烁，直至预警响应。预警响应需要业务人员操作，共有三种响应方式：鼠标左键双击任务栏中的闪烁图标；点击功能栏中的“预警响应”；鼠标右键点击任务栏中的闪烁图标，在跳出的对话栏中点击“关闭预警”，但此种方法操作后平台将不再进行后续告警，如需正常预警，可再次鼠标右键点击任务栏中的图标，点击“开启预警”。 超过下次预警时间如达到了预警标准，则更新显示，如该条预警12小时后未达到预警标准，则自动删除该条预警。 达到预警标准但无需响应的也相应保存记录。“单站预警”可以查看当前预警的站点、时间、种类及是否需要响应等信息,为乡镇精细化服务提供业务支撑。该平台2019年汛期业务试运行以来，气象要素能及时告警到乡镇一级，预警信号指导到县一级，显著提高了工作效率。

5 结束语

本文介绍了基于实况监测的气象预警辅助平台的开发背景和总体设计思路，阐述了其数据流程、主要功能和告警实现过程。该平台实现了短时强降水、分级暴雨、雷电、大风、雾、霾、干旱等泉州市常见气象灾害的警戒和达到预警标准时的快速自动告警，对全市预警信息的发布和乡镇精细化服务有较好的指导作用，有效提高了日常工作效率和业务服务能力。但本平台对于气象灾害预警的警戒阈值研究有待深入，以期进一步提升预警发布的时间提前量。