湖州市灾害性天气实况短信预警系统设计*

陶 威 周之栩 周雪婧 吴 彬

(湖州市气象局,浙江 湖州 313000)

0 引 言

湖州地处30°N附近,属典型的亚热带季风气候区,北依太湖,西南侧为天目山区,特殊的地理环境及气候条件,致使灾害性天气多发,对社会生活生产和人民生命安全造成较大损失。如2020年9月10日傍晚湖州市自南向北出现短时强降雨,恰逢下班交通高峰期,造成市内严重积水和交通瘫痪;2004年受第七号强热带风暴“蒲公英”外围和冷空气的共同影响,中午起太湖湖面最大风力超过了10级，且大风持续时间特长,导致太湖南岸水位抬高1.5 m左右,巨浪汹涌,给穿过太湖的杭湖锡航道的运输货船带来严重威胁,造成太湖18艘货船沉没,2人遇难。当前,社会各界对气象灾害的预测预警能力高度关注,如何减少气象灾害造成的损失是气象学者面临的严峻问题。目前虽然对暴雨、大风和大雾等气象灾害的预报能力有限,但根据实况资料可及时发现灾害性天气出现的征兆,及时发布短时、临近预报和天气预警信号,为群众及时避灾提供保障。李程等[1]采用精选外呼对象、细化外呼规则、降低拨打次数、减少人工干预、建立监控机制和补救措施等设计思路,基于12121气象声讯电话系统,建立了恶劣天气呼叫系统,为防灾应急人员提供电话外呼服务;罗保华等[2]将气象预警发布对象分级分类和地理信息化,应用电子地图与雷达产品、区域自动站等资料叠加,快捷制作气象预警短信和图形化自动选定手机发布对象,直接向防灾各部门和第一线用户发布,显著提高了短时灾害性天气监测预警能力和预警短信制作发布时效;姜小云等[3]将目前已经投入业务运行的各种气象探测设备观测数据进行自动实时分析，并根据灾害性天气发生时气象数据达到的阈值条件,通过手机短信将相应的气象灾害信息发送给各级气象预报服务业务人员,以便其在第一时间进一步分析和处理,从而有效防范和应对各种气象灾害的发生;李爽爽[4]依托浙江省气象局各类数据产品,建立了精细化暴雨监测预报及风险预警系统,有效提高了气象部门业务人员的工作效率;况源等[5]将多普勒天气雷达数据产品融入气象监测与预警系统,发现能有效提高气象部门应对气象灾害的速度和服务质量;顾红兵[6]对环境气象灾害数据进行监测，并设计了综合环境气象灾害监测预警系统,经过测试运行,发现该系统能有效提高综合环境气象灾害监测预警的准确性。目前气象部门灾害性短信预警系统均缺少对乡(镇、街道)的精准预警,因此有必要对目前实况短信发送系统进行改进。

本文将湖州市区划分为南太湖新区、吴兴区、南浔区,并在乡(镇、街道)中选取代表站,如妙西镇选取妙西站和五星站，八里店镇选取八里店站和升山站等,并利用百分位方法以及实际的短信发送情况，对湖州地区不同区域、不同要素不同季节进行阈值设定,当该自动站出现气象要素超过阈值时,向该乡(镇、街道)人员报警。同时当预警阈值达到不同等级时,向不同的乡(镇、街道)网格员和领导发送短信,实现预警信息的靶向发布和梯次化预警,有助于解决基层信息不畅的问题,充分发挥了气象防灾减灾“第一道防线”作用。

1 业务需求

为贯彻习近平总书记关于“预警信息发布要到村到户到人”的重要指示精神和浙江省气象局建立“梯次化”预报预警服务的要求,需要有一个将网格责任人纳入气象实况短信接收库的灾害性短信发布系统,能将实况短信从气象台“一键直达”网格员,实现“网格+气象”的深度融合。

目前湖州市已有的实况短信发送系统，将短信发送给业务值班人员和纳入系统数据库的防汛指挥部(以下简称防指)成员,当湖州地区有站点超过阈值时,对系统数据库所有人员发送提醒短信,没有天气过程地区的人员也能收到短信,容易造成短信骚扰,缺少对乡(镇、街道)和各个部门的精细化发送策略,造成了短信的滥发,所以有必要对目前实况短信发送系统进行改进。湖州地区自动气象观测站已增加至200多个,遍布各乡(镇、街道)和城市主要街区,有能力将实况短信精细到各个乡(镇、街道),减少骚扰,提高精准度,并且根据企业和用户的需求,可以制定专门的气象要素阈值,对企业和用户进行精细化短信服务。当有灾害性天气发生时,可根据不同的发送策略对不同人群发送短信,实现精准预警。

2 系统总设计

2.1 灾害性天气短信预警阈值

阈值设定采用国内研究中较为常用的百分位法,采用第99个百分位法来定义不同区域、不同季节、不同要素的短信预警阈值。湖州市全年大风阈值均在8 m/s以上,季节整体大风阈值为冬季>春季>夏季>秋季,且春季、夏季、秋季和冬季大风阈值最大值均出现在天荒坪镇和织里镇,其中一个是山区，另一个临近湖面,平原大风阈值在12 m/s以上,山区和沿湖区域大风阈值在16 m/s以上。降水阈值春、夏季大,秋、冬季小,且春、夏季空间分布呈现自西南向东北递减趋势,秋、冬季阈值全市平均分布。夏季降水阈值最大可达30 mm/h,冬季仅仅只有10 mm/h左右。

2.2 梯次化预警策略

将短信发送对象分为内部人员和外部人员。内部人员分为两级,第一级为气象台业务值班人员,第二级为气象局领导;外部人员分为三级,第一级为网格员和防指成员单位值班人员,第二级为区领导,第三级为市领导。

根据不同单位和不同人群对实况预警短信的不同要求,针对不同的用户群设计发布策略。(1)针对预报值班人员实况预警短信提醒策略。为了发挥区域联防和预报提前量的作用,如果湖州市周边的城市自动站气象要素达到阈值,系统自动给气象局预报值班人员发送短信,提醒预报员关注。(2)针对乡(镇、街道)实况短信提醒策略。当某一乡(镇、街道)出现灾害性天气时,发送实况预警短信至该乡(镇、街道)防灾减灾人员;当灾害性天气气象要素阈值达到更高级别时，发送给该乡(镇、街道)所在的区领导。(3)针对专业用户实况短信提醒策略。当港口码头、旅游和建筑企业附近自动站风速达到预警阈值时，发送实况预警短信至该企事业负责人。图1为系统框架流程图。

图1 系统框架流程图

3 软件功能模块介绍

3.1 短信发送方案

目前该短信发送系统将短信发送对象分为内部人员、网格员、防指成员、区领导、湖州市气象局领导和湖州市领导。同时根据每个自动站的经纬度,将自动站录入其对应的乡(镇、街道),同时根据不同乡(镇、街道)上报的网格员名单,将网格员信息录入相应的乡(镇、街道),并且该系统根据各乡(镇、街道)上报的网格员名单进行实时更新。

研究发现除山区、湖面以及个别乡(镇、街道)外,其余乡(镇、街道)预警阈值均相差不大,且每个乡(镇、街道)不同季节均设置一个预警阈值太过繁琐,根据上述预警阈值的研究成果,暂定了图2中所示的预警阈值,后期根据需求实时调整。从图2可知，目前将气象局内部业务人员和乡(镇、街道)网格员短信发送策略设置为当该乡(镇、街道)的自动站出现要素超过阈值时(平原风速超过13.9 m/s、山区及湖面(站点选取K5035、K5051、K5199、K5133、K5001、K5025)超过17.2 m/s,降水1 h超过20 mm、3 h超过30 mm、6 h超过50 mm、12 h超过100 mm)，向气象台业务值班人员以及灾害性天气所在乡(镇、街道)网格员发送短信提醒,当这一站点气象要素值出现明显增大时，再发送第二次短信提醒;当自动站气象要素值超过第二级阈值时(平原风速超过20.8 m/s,降水1 h超过20 mm、3 h超过50 mm、6 h超过100 mm、12 h超过100 mm)，向灾害性天气发生地区区领导发送短信提醒;当自动站气象要素值超过第三级阈值时(平原风速超过20.8 m/s,降水1 h超过100 mm、3 h超过100 mm、6 h超过100 mm、12 h超过100 mm)，向湖州市领导发送短信提醒。第二及第三级阈值，根据实际情况和领导需求实时调整。

图2 灾害性短信发布系统发布方案

云上草原有缆车及高空娱乐设备,对大风预报的要求比较高,目前通过实地考察,根据用户需求将云上草原的大风阈值设定为17.2 m/s,当云上草原站点(K5170)风速超过17.2 m/s时,将实况预警短信发送给景区工作人员。

3.2 短信发送历史

从图3可知,当有天气过程时,该实况短信发布系统会根据后台的地理信息系统,将实况预警短信发送给该乡(镇、街道)的网格员,并且可以实时更新后台数据库,当阈值达到第二级时,会将实况短信发送给该区域的区领导,当阈值达到第三级时,将实况短信发送给市领导。

图3 灾害性短信发布系统发布历史

3.3 其他功能模块

其他功能设置包括短信发送铃声设置、人工干预设置、发送历史设置3个功能模块。其中短信发送铃声可以设置成语音合成的专属提示音,使提醒更加直接,更能引起注意。人工干预设置是当短信生成时，可以人工选择发送或者不发送,同时也可以在短信中添加需要的内容。发送历史设置是发送的每条短信都会在后台存盘,当需要天气复盘时,可以根据关键词或者发送日期查询当时的短信发送内容和发送对象。

4 实际应用情况

该灾害性短信发布系统已经在湖州市气象台进行业务测试运行,在运行过程中,系统的主要功能运行良好。在平时业务运行中，当有强烈天气过程发生时，能及时向乡(镇、街道)网格员发送实况短信,特别是在乡(镇、街道)夜间不守班期间,实况短信能直达乡(镇、街道)网格员。例如在2021年“烟花”台风期间,当雨量和大风达到阈值时,该系统自动发送短信给不同乡(镇、街道)的网格员,能对灾害性天气进行全天候跟踪预警,有效提高了工作效率和业务质量。

系统测试运行期间发现了不足之处。由于有时气象台业务人员事情繁忙,并且在夜间大家对短信的敏感度不高,需添加电话叫醒功能,当发生强天气过程时,自动拨打主班和领班电话,对其进行提醒。

5 结 语

灾害性短信发布系统是市、县(市、区)气象局关注的重点。该系统通过百分位法确定阈值的分布情况以及根据实际需求,实时调整阈值。同时根据梯次化预警策略,当天气实况发生在不同乡(镇、街道)、达到不同级别时发送给不同人员,有效地提高了气象部门预警信息发布的时效性、精准性和覆盖率。随着科技和气象现代化发展水平的不断提高,各级气象台将提供更加及时、准确的气象服务产品,各气象系统对国民经济的贡献也必将更加巨大。