城市气象灾害预警协同响应模式研究

李季梅 姚晓晖

摘  要：在全球气候變化的背景下，我国极端气候事件频发，每年洪涝、高温、台风、暴雨、冰雹等气象灾害都会引起人员伤亡、重大的经济损失和社会影响。随着我国城市化进程的加快，城市的人口密度和财富不断累积，社会运营网络日趋复杂，脆弱性增加，耦合度增高，气象灾害产生的影响越来越大。文章总结了城市气象灾害的主要类型及其特征，并对我国当前气象灾害预警响应的现状和问题进行了分析，设计了从前端信息采集到综合分析研判再到推送与展示的三阶段预警协同响应流程，给出了气象灾害预警协同响应管理平台的功能架构，以期为以气象灾害预警为触发点的城市安全与应急协同响应机制提供参考。

关键词：气候变化;气象灾害;预警;协同响应;管理平台

中图分类号：P429     文献标识码：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、城市气象灾害发展趋势

气候是指某一地区多年来大气的一般状态，是各时段各种天气过程的综合表现。依据《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），“气候变化”是指除了正常状态观测到的气候的自然变化之外，由于人类直接或间接的行为活动对地球大气产生影响，从而造成的气候变化，其包括几十年或更长时间内发生的温度、降水或风向等的重大变化[1-2]。

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，政府间气候变化委员会）第五次评估报告认为，气候变化已经毋庸置疑，极端气候事件在发生频率、强度和影响范围等方面都超出了人们的一般认知。据统计，近30年全球由气象灾害及其衍生灾害引起的损失占到了所有重大自然灾害中的86%、因灾死亡人口中的59%、经济损失中的84%、保险损失中的91%[3]。德国非政府组织“德国观察”发布的《全球气候风险指数报告》在分析1997年至2016年各国受风暴、洪水和高温等天气气候事件的影响时指出，1997年至2016年全球共计发生1.1万多起极端天气气候事件，52.4万多人丧生，造成经济损失达3.16万亿美元[4]。根据联合国在2015年发布的“气象灾害造成的人类损失”（The Human Cost of Weather Related Disasters）统计，2005年到2015 年的十年间，全球平均每年发生的气候相关灾害有335 次，与上一个十年相比增加 14%，且未来仍将持续增加[5]。

极端气候事件和灾害种类多、影响范围广、发生频率高是我国气象灾害当前的现状。据统计，我国在2001年至2011年期间，平均每年因气象灾害造成的直接经济损失超过2000亿元，并呈现不断增加的趋势[6]。当前，人类社会应对气候变化的两种重要措施是减缓和适应[7]。虽然减缓措施一定程度上可以减小气候变化的速度与规模，但气候变化的影响有巨大的惯性，无论采取什么措施，全球气候变化及其影响仍将持续一二百年[8]。因此，必须采取适应性措施，增强自身防灾、减灾、抗灾的能力，尽最大可能降低人员伤亡、财产损失和社会影响，将气候变化的影响降到最低。

气象灾害主要有暴雨、旱灾、热带气旋、低温冷（冻）害、雹灾和雾灾等共 7大类20余种，细分可达数十种甚至上百种[9]。城市气象灾害是指发生在城市地区，因气象因素发生异常，产生灾变，对城市居民生命安全、财产安全、建筑物、资源环境等造成危害的各类事件，主要包括暴雨洪涝、高温热浪、大风和冰雪等灾害。

在城市化进程中，人口的高度聚集、建筑面积的不断扩大、人类生产活动的持续增多在一定程度上改变了城市下垫面环境，城市气象灾害在耦合了城市和气象灾害两个要素后，具有以下特点：

（一）城市气象灾害的致灾风险高，损失严重

气象灾害本身往往破坏力强，影响范围广，加之城市的社会经济发展水平高，人口密集，导致城市在气象灾害发生时比较脆弱，可能引起重大的人员伤亡和经济损失[10]。一般而言，在响应水平相似时，同等强度的气象灾害，在人口越稠密、经济越发达的地区产生的后果更严重，社会影响更大。

（二）城市系统复杂，气象灾害易引发次生衍生灾害

城市系统中各要素高度关联，极易造成系统中的某一类对象发生灾害时，迅速影响到其他相关领域。如高温热浪灾害，会直接引起供水、供电的需求量在短时间内剧增，也会直接导致城市居民中暑率和死亡率的升高，进而引发城市水资源、能源、医疗资源等的紧张并引发多种衍生事件。

（三）城市辐射面广，气象灾害的社会影响大

城市通常是一个区域的经济、政治和文化中心，积聚了大量的人口、教育机构、政府机关、金融机构、文化娱乐场所等。因此，气象灾害的发生不仅会造成直接的生命和财产损失，还会引起不利的社会影响，对生产生活、社会秩序和居民心理产生影响，甚至影响区域的稳定运行。

二、城市气象灾害监测预警响应现状

在气象灾害发生区域、影响范围越来越广，发生频率越来越高的背景下，由于城市化进程加快所带来的财富、人口的聚集和城市运行系统的愈加复杂，城市气象灾害带来的直接和间接损失愈发严重。因此，对气象灾害进行及时有效地监测和预警，并采取科学高效的响应措施进行防御和应对，从而有效减少人员伤亡和经济损失就显得非常重要。

近年來，我国在气象监测和预警方面不断加大投入，取得了较大成绩。据统计，在监测方面，截至2017年底，我国气象部门基本建成了由2933个地面气象观测站、57435个区域气象观测点、120个高空气象探测站、795个天气雷达站、55151个气象卫星地面接收站、9 个大气本底台（站）构成的气象灾害立体监测网;在气象灾害预警信息发布建设方面，截至2017年底，全国21个省级、183个市级、683个县级政府成立了本级突发事件预警信息发布中心机构，基本实现了国家、省、市三级预警信息发布机构与政府应急管理部门[11]。整体来看，当前气象灾害监测预警模式已经从传统的经验判断转变为依靠现代数学、物理学实现业务化的数值天气预报，在预警准确率上有了较好的保证。

但监测、预警只是事件管理中的一个环节，有效响应、科学处置、减少事件损失和影响才是应急管理的最终目标，当前我国气象灾害应急全流程方面还存在数据共享流程不畅、协同响应机制不健全、对城市规划建设支撑不足等问题。

（一）气象灾害监测预警数据共享流程不畅

一方面，从气象部门内部来看，多部门多灾种的监测预报预警系统存在统一规划不足、分散建设、重复建设等问题，监测预报预警数据和灾情数据彼此交换不畅，气象灾害的评估不全面。另一方面，当前气象部门和其他部门之间存在“数据私有”现象，信息交流不足，难以适应气候变化大背景下的气象灾害多发、非常规气象灾害涌现的趋势。

（二）气象灾害协同响应机制不健全

当前关于预警信息管理的各类技术系统和硬件设施建设很多，如气象监测、城市管网监测、人防工程监测、公共卫生监测、城市道路监测等系统，各监测系统多分属在不同的政府部门，系统相对独立，在物理结构和逻辑应用上缺乏系统的集成，面对气象灾害时，无法进行叠加耦合风险点的及时识别和防控，降低了预警信息管理效率和对信息的有效挖掘。

（三）气象灾害预警信息对城市规划建设的支撑不足

一方面，城市的产业结构、功能规划、建筑布局、基础设施建设未能基于本地区的气象灾害长时规律进行设计和调整，从根源上不相适应。另一方面，在应急队伍建设、应急物资储备、应急教育培训等方面与气象灾害的类型和特点不匹配。

三、城市气象灾害预警协同响应流程

由于城市气象灾害的连锁性强，次生衍生灾害多，因此需要进行多渠道、多介质的信息集成，多阶段、多维度的分析研判，多主体、多介质的信息发布和展示。从信息的输入、处理与输出三个环节进行划分，气象灾害预警协同响应可分为三大阶段：信息采集、综合分析研判、结果推送与展示（见图1）。

（一）多渠道—多介质的信息集成

随着城市管理的现代化、信息化、智能化，各类监测检测技术快速发展，各行业领域内的监测分析系统也纷纷建成。要实现气象灾害预警信息的协同响应，首先就要在源头实现信息的汇集，当前主要信息来源为气象中心的各类气象监测数据、城市运行相关的数据监测信息以及人工输入的数据（信息集成的主要数据源见图2）。各类监测数据按照统一的标准进行数据筛选和规范化后，存入综合研判分析模块的数据库中。

在信息集成层面应围绕气象灾害的类型和等级进行关联信息的组织，形成不同的专题数据库。比如，围绕暴雨洪涝灾害，建立关联数据库，包括危旧房屋、低洼院落、危险树木、在建工地（基坑）、积滞水点、人防工程、地下空间、地下管线、下凹式立交桥桥区、楼顶（楼体）防护、电梯运行间、狭窄街巷、护院围墙、文物单位、拆迁区域、河湖等灾害易发区、旅游景点等重点部位的相关信息。

（二）多阶段—多维度的综合分析研判

综合分析研判模块根据预警信息，以基础信息数据库和业务信息数据库为基础，在辅助决策数据库的支撑下，通过相应的研判规则和模型，生成相应“分类—分级—分区”的响应信息等。响应信息根据对应的预警工作方案，利用派发规则模型等实现各项行动方案的生成和派发（分析研判框架见图3）。

综合分析模块在预警阶段是根据最新预警信息的获取和响应任务的执行情况多阶段动态更新研判结果，其最重要的目的是给不同区域不同人员针对性的响应措施。如，高温红色预警时，从受众分类上来讲，消防部门应加大值班警力投入、户外露天作业人员应停工、对老弱病人员加强照料护理;从区域上来讲，旅游景区应提醒游客注意避暑、加强医疗准备，学校应视情况暂停户外活动。

（三）多主体—多介质的信息发布和展示

信息发布应采取多种方式的组合，既可以选择广播、电视、电话、张贴通知等传统方式，也可以选择微信、微博等新媒体方式，同时也可通过短信、警报器、显示屏、宣传车等方式进行。同时，应实现接收群体的最大化覆盖，针对老弱病残孕等特殊人群、学校等特殊场所、地下空间等信息接收不便区域，根据实际情况采取对应的方式。

从信息接收主体的角度来讲，主要类型包括指挥中心的大屏等各种显示系统、相关单位的计算机终端、应急人员的对讲机等移动终端、面向社会公众的电视广播终端和手机等。显示控制服务根据消息的类型、显示端的类型以及显示的方式要求，将预警消息推送到指揮中心拼接大屏、各类移动终端、对讲机等用户界面，并以视频、图像、语音等方式通知用户。在信息推送和展示时要注意文语转换、定时播报、紧急播报、播报设置、显示设置、次数设置、身份鉴别、状态监测、外设控制等方面的内容。

四、城市气象灾害预警协同响应管理平台

充分利用物联网技术、计算机技术、3S技术、人工智能技术等进行信息综合集成研判和辅助决策分析是当前各领域重要研究方向。在气象灾害预警系统平台建设方面，当前的研究主要集中在单一领域的气象信息监测和预警发布、气象灾害数据库管理以及气象灾害防御方面。在面向城市整体运行管理，以气象灾害预警为触发点的城市综合预警信息管理和响应平台方面的研究相对较少[12-16]。气象灾害预警综合响应平台应实现监测数据汇集分析、预警信息统一发布、预警任务全过程监控等多种功能，并且能够实现预警处置过程中重点流程的追溯和重要事件管理过程的重现，实现各类信息的快速获取和分发，实现预警控制措施的责任到人和有效控制，实现预警处置的快速高效、协调有序指挥。气象灾害预警响应平台应包含以下主要功能模块：

（一）预警信息管理

预警信息管理是对预警信息进行汇集、处理与分发的功能模块，集预警信息采集、分析、审核、发布、反馈、验收各项功能点于一体，实现全流程的闭环管理（见表1）。

（二）隐患点管理

隐患点管理接收来自各类人员在各区域发现的隐患，如公园、街道、学校等地点的危旧房屋、危险树木、积水点等隐患信息，并实现“上报—整改—反馈—审核”的全流程管理，其功能模块见表2。

（三）风险管理

风险管理模块针对可能会对区域内产生不利影响的各种风险实施管理，如道路积水风险、老旧小区风险等，其功能模块见表3。

（四）知识库管理

知识库（辅助决策）是集合气象灾害相关的风险与应急理论、技术、管理、制度、案例等知识，提供的基础性策略和方法，用以支撑预警信息管理、风险管理和隐患管理及相关功能模块的运行。知识库管理包括预警信息策略管理、预警控制措施方案管理、案例管理、体系管理、法律法规管理以及技术标准管理等，其功能见表4。

（五）统计分析

统计分析模块主要用于对系统内的各类信息进行分不同维度的统计和分析，可得到规律性结果，反映出预警工作中存在的薄弱环节。统计分析包括综合预警统计、预警诊断与推送、预警管理工作周报/月报/季报/年报、专项业务统计分析等，具体功能见表5。

（六）集成管理

集成管理负责对接入的各类技术系统进行管理和设置，如统一管理数据来源IP、端口号、数据格式、更新频率等。可集成的技术系统主要包括气象监测、视频监测、雨量监测、交通监测等系统。

（七）基础信息管理

基础信息管理主要实现预警处置过程中的人员机构、物资设备等相关信息的维护。机构与人员层面包括管理人员、应急队伍、受众、专家等。物资设备应从类型、数量、存放地点、使用的灾害类型、管理人员等方面进行系统管理。

五、总结

灾害种类多、影响范围广、发生频率高是我国极端气候事件当前的现状。在全球气候变化多端、城镇化速度加快的背景下，气象灾害的发生区域、强度呈现出新的规律，产生的直接和间接损失严重。因此，对气象灾害进行监测、预警和评估，并采取科学高效的措施进行预防和响应，降低生命财产损失和社会影响就是当前城市管理中的一项重要工作。笔者对城市暴雨洪涝、高温热浪、大风等典型气象灾害类型和特征进行了总结，分析了我国当前气象灾害监测预警的现状以及在信息共享、系统集成、辅助决策等方面的问题，设计了前端信息采集、综合分析研判、推送与展示三阶段综合预警响应流程，给出了包含预警信息管理、安全隐患管理、风险管理、知识库管理等模块的气象灾害综合预警响应平台设计，以期为以气象灾害预警为触发点、面向城市整体运行管理的协同响应机制提供参考。

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