湖州市災害性天氣實況短信預警系統設計*

陶 威 周之栩 周雪婧 吳 彬

(湖州市氣象局,浙江 湖州 313000)

0 引 言

湖州地處30°N附近,屬典型的亞熱帶季風氣候區,北依太湖,西南側為天目山區,特殊的地理環境及氣候條件,致使災害性天氣多發,對社會生活生產和人民生命安全造成較大損失。如2020年9月10日傍晚湖州市自南向北出現短時強降雨,恰逢下班交通高峰期,造成市內嚴重積水和交通癱瘓;2004年受第七號強熱帶風暴“蒲公英”外圍和冷空氣的共同影響,中午起太湖湖面最大風力超過了10級，且大風持續時間特長,導致太湖南岸水位抬高1.5 m左右,巨浪洶涌,給穿過太湖的杭湖錫航道的運輸貨船帶來嚴重威脅,造成太湖18艘貨船沉沒,2人遇難。當前,社會各界對氣象災害的預測預警能力高度關注,如何減少氣象災害造成的損失是氣象學者面臨的嚴峻問題。目前雖然對暴雨、大風和大霧等氣象災害的預報能力有限,但根據實況資料可及時發現災害性天氣出現的征兆,及時發布短時、臨近預報和天氣預警信號,為群眾及時避災提供保障。李程等[1]采用精選外呼對象、細化外呼規則、降低撥打次數、減少人工干預、建立監控機制和補救措施等設計思路,基于12121氣象聲訊電話系統,建立了惡劣天氣呼叫系統,為防災應急人員提供電話外呼服務;羅保華等[2]將氣象預警發布對象分級分類和地理信息化,應用電子地圖與雷達產品、區域自動站等資料疊加,快捷制作氣象預警短信和圖形化自動選定手機發布對象,直接向防災各部門和第一線用戶發布,顯著提高了短時災害性天氣監測預警能力和預警短信制作發布時效;姜小云等[3]將目前已經投入業務運行的各種氣象探測設備觀測數據進行自動實時分析，并根據災害性天氣發生時氣象數據達到的閾值條件,通過手機短信將相應的氣象災害信息發送給各級氣象預報服務業務人員,以便其在第一時間進一步分析和處理,從而有效防范和應對各種氣象災害的發生;李爽爽[4]依托浙江省氣象局各類數據產品,建立了精細化暴雨監測預報及風險預警系統,有效提高了氣象部門業務人員的工作效率;況源等[5]將多普勒天氣雷達數據產品融入氣象監測與預警系統,發現能有效提高氣象部門應對氣象災害的速度和服務質量;顧紅兵[6]對環境氣象災害數據進行監測，并設計了綜合環境氣象災害監測預警系統,經過測試運行,發現該系統能有效提高綜合環境氣象災害監測預警的準確性。目前氣象部門災害性短信預警系統均缺少對鄉(鎮、街道)的精準預警,因此有必要對目前實況短信發送系統進行改進。

本文將湖州市區劃分為南太湖新區、吳興區、南潯區,并在鄉(鎮、街道)中選取代表站,如妙西鎮選取妙西站和五星站，八里店鎮選取八里店站和升山站等,并利用百分位方法以及實際的短信發送情況，對湖州地區不同區域、不同要素不同季節進行閾值設定,當該自動站出現氣象要素超過閾值時,向該鄉(鎮、街道)人員報警。同時當預警閾值達到不同等級時,向不同的鄉(鎮、街道)網格員和領導發送短信,實現預警信息的靶向發布和梯次化預警,有助于解決基層信息不暢的問題,充分發揮了氣象防災減災“第一道防線”作用。

1 業務需求

為貫徹習近平總書記關于“預警信息發布要到村到戶到人”的重要指示精神和浙江省氣象局建立“梯次化”預報預警服務的要求,需要有一個將網格責任人納入氣象實況短信接收庫的災害性短信發布系統,能將實況短信從氣象臺“一鍵直達”網格員,實現“網格+氣象”的深度融合。

目前湖州市已有的實況短信發送系統，將短信發送給業務值班人員和納入系統數據庫的防汛指揮部(以下簡稱防指)成員,當湖州地區有站點超過閾值時,對系統數據庫所有人員發送提醒短信,沒有天氣過程地區的人員也能收到短信,容易造成短信騷擾,缺少對鄉(鎮、街道)和各個部門的精細化發送策略,造成了短信的濫發,所以有必要對目前實況短信發送系統進行改進。湖州地區自動氣象觀測站已增加至200多個,遍布各鄉(鎮、街道)和城市主要街區,有能力將實況短信精細到各個鄉(鎮、街道),減少騷擾,提高精準度,并且根據企業和用戶的需求,可以制定專門的氣象要素閾值,對企業和用戶進行精細化短信服務。當有災害性天氣發生時,可根據不同的發送策略對不同人群發送短信,實現精準預警。

2 系統總設計

2.1 災害性天氣短信預警閾值

閾值設定采用國內研究中較為常用的百分位法,采用第99個百分位法來定義不同區域、不同季節、不同要素的短信預警閾值。湖州市全年大風閾值均在8 m/s以上,季節整體大風閾值為冬季>春季>夏季>秋季,且春季、夏季、秋季和冬季大風閾值最大值均出現在天荒坪鎮和織里鎮,其中一個是山區，另一個臨近湖面,平原大風閾值在12 m/s以上,山區和沿湖區域大風閾值在16 m/s以上。降水閾值春、夏季大,秋、冬季小,且春、夏季空間分布呈現自西南向東北遞減趨勢,秋、冬季閾值全市平均分布。夏季降水閾值最大可達30 mm/h,冬季僅僅只有10 mm/h左右。

2.2 梯次化預警策略

將短信發送對象分為內部人員和外部人員。內部人員分為兩級,第一級為氣象臺業務值班人員,第二級為氣象局領導;外部人員分為三級,第一級為網格員和防指成員單位值班人員,第二級為區領導,第三級為市領導。

根據不同單位和不同人群對實況預警短信的不同要求,針對不同的用戶群設計發布策略。(1)針對預報值班人員實況預警短信提醒策略。為了發揮區域聯防和預報提前量的作用,如果湖州市周邊的城市自動站氣象要素達到閾值,系統自動給氣象局預報值班人員發送短信,提醒預報員關注。(2)針對鄉(鎮、街道)實況短信提醒策略。當某一鄉(鎮、街道)出現災害性天氣時,發送實況預警短信至該鄉(鎮、街道)防災減災人員;當災害性天氣氣象要素閾值達到更高級別時，發送給該鄉(鎮、街道)所在的區領導。(3)針對專業用戶實況短信提醒策略。當港口碼頭、旅游和建筑企業附近自動站風速達到預警閾值時，發送實況預警短信至該企事業負責人。圖1為系統框架流程圖。

圖1 系統框架流程圖

3 軟件功能模塊介紹

3.1 短信發送方案

目前該短信發送系統將短信發送對象分為內部人員、網格員、防指成員、區領導、湖州市氣象局領導和湖州市領導。同時根據每個自動站的經緯度,將自動站錄入其對應的鄉(鎮、街道),同時根據不同鄉(鎮、街道)上報的網格員名單,將網格員信息錄入相應的鄉(鎮、街道),并且該系統根據各鄉(鎮、街道)上報的網格員名單進行實時更新。

研究發現除山區、湖面以及個別鄉(鎮、街道)外,其余鄉(鎮、街道)預警閾值均相差不大,且每個鄉(鎮、街道)不同季節均設置一個預警閾值太過繁瑣,根據上述預警閾值的研究成果,暫定了圖2中所示的預警閾值,后期根據需求實時調整。從圖2可知，目前將氣象局內部業務人員和鄉(鎮、街道)網格員短信發送策略設置為當該鄉(鎮、街道)的自動站出現要素超過閾值時(平原風速超過13.9 m/s、山區及湖面(站點選取K5035、K5051、K5199、K5133、K5001、K5025)超過17.2 m/s,降水1 h超過20 mm、3 h超過30 mm、6 h超過50 mm、12 h超過100 mm)，向氣象臺業務值班人員以及災害性天氣所在鄉(鎮、街道)網格員發送短信提醒,當這一站點氣象要素值出現明顯增大時，再發送第二次短信提醒;當自動站氣象要素值超過第二級閾值時(平原風速超過20.8 m/s,降水1 h超過20 mm、3 h超過50 mm、6 h超過100 mm、12 h超過100 mm)，向災害性天氣發生地區區領導發送短信提醒;當自動站氣象要素值超過第三級閾值時(平原風速超過20.8 m/s,降水1 h超過100 mm、3 h超過100 mm、6 h超過100 mm、12 h超過100 mm)，向湖州市領導發送短信提醒。第二及第三級閾值，根據實際情況和領導需求實時調整。

圖2 災害性短信發布系統發布方案

云上草原有纜車及高空娛樂設備,對大風預報的要求比較高,目前通過實地考察,根據用戶需求將云上草原的大風閾值設定為17.2 m/s,當云上草原站點(K5170)風速超過17.2 m/s時,將實況預警短信發送給景區工作人員。

3.2 短信發送歷史

從圖3可知,當有天氣過程時,該實況短信發布系統會根據后臺的地理信息系統,將實況預警短信發送給該鄉(鎮、街道)的網格員,并且可以實時更新后臺數據庫,當閾值達到第二級時,會將實況短信發送給該區域的區領導,當閾值達到第三級時,將實況短信發送給市領導。

圖3 災害性短信發布系統發布歷史

3.3 其他功能模塊

其他功能設置包括短信發送鈴聲設置、人工干預設置、發送歷史設置3個功能模塊。其中短信發送鈴聲可以設置成語音合成的專屬提示音,使提醒更加直接,更能引起注意。人工干預設置是當短信生成時，可以人工選擇發送或者不發送,同時也可以在短信中添加需要的內容。發送歷史設置是發送的每條短信都會在后臺存盤,當需要天氣復盤時,可以根據關鍵詞或者發送日期查詢當時的短信發送內容和發送對象。

4 實際應用情況

該災害性短信發布系統已經在湖州市氣象臺進行業務測試運行,在運行過程中,系統的主要功能運行良好。在平時業務運行中，當有強烈天氣過程發生時，能及時向鄉(鎮、街道)網格員發送實況短信,特別是在鄉(鎮、街道)夜間不守班期間,實況短信能直達鄉(鎮、街道)網格員。例如在2021年“煙花”臺風期間,當雨量和大風達到閾值時,該系統自動發送短信給不同鄉(鎮、街道)的網格員,能對災害性天氣進行全天候跟蹤預警,有效提高了工作效率和業務質量。

系統測試運行期間發現了不足之處。由于有時氣象臺業務人員事情繁忙,并且在夜間大家對短信的敏感度不高,需添加電話叫醒功能,當發生強天氣過程時,自動撥打主班和領班電話,對其進行提醒。

5 結 語

災害性短信發布系統是市、縣(市、區)氣象局關注的重點。該系統通過百分位法確定閾值的分布情況以及根據實際需求,實時調整閾值。同時根據梯次化預警策略,當天氣實況發生在不同鄉(鎮、街道)、達到不同級別時發送給不同人員,有效地提高了氣象部門預警信息發布的時效性、精準性和覆蓋率。隨著科技和氣象現代化發展水平的不斷提高,各級氣象臺將提供更加及時、準確的氣象服務產品,各氣象系統對國民經濟的貢獻也必將更加巨大。