李琪，高建秋，陳榮，魏煒，鐘晨

（1.廣東省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東廣州 510640；2.湛江市氣象局，廣東湛江 524000）

廣東省受低緯度熱帶天氣系統(tǒng)和中高緯度天氣系統(tǒng)交替影響，天氣氣候復(fù)雜多變，臺(tái)風(fēng)、暴雨、干旱、強(qiáng)對(duì)流及其衍生災(zāi)害頻發(fā)，是我國(guó)災(zāi)種多、發(fā)生頻、危害重的災(zāi)害區(qū)域［1］。省委省政府和中國(guó)氣象局高度重視防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作?！笆濉逼陂g，廣東省氣象助力綜合防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)成效明顯，但相比廣東實(shí)現(xiàn)“四個(gè)走在全國(guó)前列”、當(dāng)好“兩個(gè)重要窗口”的目標(biāo)定位要求，仍有一定差距。健全突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布體系、提升氣象災(zāi)害應(yīng)急保障能力任重道遠(yuǎn)［2］。

自廣東省政府批準(zhǔn)成立省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心以來(lái)，為更好的履行中心研判、發(fā)布突發(fā)事件預(yù)警信息的職能，在綜合調(diào)研國(guó)內(nèi)海事、安監(jiān)、氣象部門(mén)決策系統(tǒng)［3-11］基礎(chǔ)上，預(yù)警發(fā)布中心自主研發(fā)了廣東省應(yīng)急指揮決策輔助系統(tǒng)［2］，但在實(shí)際應(yīng)用中，決策輔助系統(tǒng)逐漸暴露出一些問(wèn)題，如智能化程度較低，需要使用者借助專業(yè)背景知識(shí)自主選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及災(zāi)害模型，對(duì)使用者氣象專業(yè)性要求較高，難以滿足為各行業(yè)或政府部門(mén)提供服務(wù)的需求，因此有必要對(duì)決策系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改版。該系統(tǒng)基于災(zāi)害影響分析思路，通過(guò)構(gòu)建臺(tái)風(fēng)、暴雨等7個(gè)災(zāi)害場(chǎng)景，將氣象數(shù)據(jù)與水利、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳等部門(mén)數(shù)據(jù)利用地理信息等技術(shù)進(jìn)行融合，建立基于場(chǎng)景的廣東省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)災(zāi)害天氣智能感知、承災(zāi)體影響分析、受災(zāi)單位數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論生成以及靶向預(yù)警等功能，并應(yīng)用到海上航行安全場(chǎng)景中。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)主要有3大類，分別是靜態(tài)基礎(chǔ)（position of interest，POI）數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及各類專業(yè)致災(zāi)模型數(shù)據(jù)。POI數(shù)據(jù)來(lái)自廣東氣象部門(mén)資料維護(hù)管理系統(tǒng)，主要有學(xué)校、醫(yī)院、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、工地隱患點(diǎn)、危化點(diǎn)等多部門(mén)下墊面承災(zāi)體信息。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)除了氣象內(nèi)部數(shù)據(jù)，水庫(kù)、船舶、空氣質(zhì)量等分別來(lái)源于水利、海事、環(huán)保等行業(yè)部門(mén)共享。各類專業(yè)致災(zāi)模型如大風(fēng)、強(qiáng)降水、污染擴(kuò)散、海洋模型等來(lái)源于廣東省氣象臺(tái)、廣東省生態(tài)氣象中心、廣東省氣候中心、中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所等單位共享。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣東省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)與其前身廣東省應(yīng)急指揮決策輔助系統(tǒng)［2］類似，系統(tǒng)基于WebGIS地理信息引擎進(jìn)行搭建，采用B／S的技術(shù)架構(gòu)，利用云端部署的方式，將氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)產(chǎn)品和下墊面承災(zāi)體數(shù)據(jù)的分析邏輯進(jìn)行重新整合，通過(guò)致災(zāi)模型和致災(zāi)閾值，對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行影響等級(jí)劃分，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)影響范圍內(nèi)承災(zāi)體數(shù)量、受災(zāi)人口、財(cái)產(chǎn)損失等信息，方便決策者對(duì)當(dāng)前和未來(lái)可能面臨的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行快速直觀的研判。

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用服務(wù)層3個(gè)層次組成，其中數(shù)據(jù)支撐層為應(yīng)用支撐層提供數(shù)據(jù)服務(wù)；在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用支撐層以GIS數(shù)據(jù)中心集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為應(yīng)用服務(wù)層提供業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)層是面向客戶的窗口，通過(guò)建立Web服務(wù)解析和響應(yīng)用戶請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)交互，獲取系統(tǒng)提供的服務(wù)。系統(tǒng)部署在氣象局內(nèi)網(wǎng)和電子政務(wù)外網(wǎng)中間區(qū)，內(nèi)網(wǎng)和中間區(qū)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，有應(yīng)用需求的外網(wǎng)部門(mén)政府相關(guān)單位可以通過(guò)電子政務(wù)外網(wǎng)中間區(qū)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)。

3 系統(tǒng)功能特色

與應(yīng)急指揮決策輔助系統(tǒng)相比，風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)功能特色主要體現(xiàn)在兩方面，分別是災(zāi)害場(chǎng)景模型的構(gòu)建以及后臺(tái)管理功能。

3.1 災(zāi)害場(chǎng)景模型

系統(tǒng)基于氣象災(zāi)害影響分析的思路建立了臺(tái)風(fēng)、暴雨、雷電、干旱、大霧、高溫、低溫7個(gè)災(zāi)害場(chǎng)景模型，無(wú)災(zāi)害發(fā)生時(shí)則為日常場(chǎng)景。不同的災(zāi)害場(chǎng)景模型下融合了相關(guān)的氣象及次生災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)產(chǎn)品、相關(guān)專業(yè)模型［12］以及在該災(zāi)害場(chǎng)景下敏感的承災(zāi)體信息。

場(chǎng)景模型主要有3個(gè)特點(diǎn)：一是災(zāi)害天氣智能感知，即系統(tǒng)在后臺(tái)監(jiān)測(cè)全省各市縣預(yù)警信號(hào)的實(shí)時(shí)發(fā)布情況，依據(jù)預(yù)警信號(hào)等級(jí)自動(dòng)切換災(zāi)害場(chǎng)景，幫助決策者迅速聚焦高影響要素。當(dāng)有多種氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)同時(shí)發(fā)布時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警信號(hào)的等級(jí)高低判斷進(jìn)入最高等級(jí)預(yù)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的氣象災(zāi)害場(chǎng)景。二是受災(zāi)單位數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，利用致災(zāi)模型和致災(zāi)閾值，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)融合計(jì)算，系統(tǒng)能快速統(tǒng)計(jì)受影響范圍內(nèi)的POI點(diǎn)信息。如未來(lái)24 h大暴雨和特大暴雨影響范圍內(nèi)危化點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的具體數(shù)量、位置、責(zé)任人、聯(lián)系方式等。三是風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論快速形成，基于實(shí)況、預(yù)報(bào)和影響分析，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前災(zāi)害影響下全省范圍內(nèi)受影響的街鎮(zhèn)、人口、面積、財(cái)產(chǎn)損失、各類承災(zāi)體數(shù)量，再結(jié)合致災(zāi)閾值，形成直觀風(fēng)險(xiǎn)研判結(jié)論。

為提高氣象災(zāi)害場(chǎng)景分析能力，挖掘潛在應(yīng)用場(chǎng)景，風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)在決策輔助系統(tǒng)［2］原有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專業(yè)模型基礎(chǔ)上，引入了漁船船籍港等新的數(shù)據(jù)，并基于影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析業(yè)務(wù)思路，發(fā)展了船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等新的產(chǎn)品，應(yīng)用到海上航行安全場(chǎng)景中，進(jìn)一步夯實(shí)氣象與海洋數(shù)據(jù)融合，提高海洋防災(zāi)減災(zāi)能力。

3.2 后臺(tái)數(shù)據(jù)管理模塊

基于模塊化可配置原則，系統(tǒng)建設(shè)有后臺(tái)數(shù)據(jù)管理模塊，主要實(shí)現(xiàn)以下兩方面功能：首先是場(chǎng)景數(shù)據(jù)自定義配置，不同地區(qū)、不同職能用戶對(duì)災(zāi)害場(chǎng)景和數(shù)據(jù)需求有一定差異，用戶可以依據(jù)服務(wù)需要，自定義配置角色需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、專業(yè)模型類型和實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)類型，增強(qiáng)系統(tǒng)適用性；其次是基于閾值的任意點(diǎn)、任意要素預(yù)警提醒，系統(tǒng)為任意點(diǎn)匹配最近的監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)要素包括雷達(dá)回波強(qiáng)度、閃電、風(fēng)、雨量等，通過(guò)動(dòng)態(tài)配置經(jīng)驗(yàn)閾值，實(shí)現(xiàn)精確到易災(zāi)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警。

4 系統(tǒng)應(yīng)用個(gè)例

本研究以近年登陸廣東影響相對(duì)比較強(qiáng)的2020年第7號(hào)臺(tái)風(fēng)“海高斯”為例，介紹廣東省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)防御中所發(fā)揮的作用。

臺(tái)風(fēng)“海高斯”于2020年8月19日06：00（北京時(shí)，下同）以臺(tái)風(fēng)級(jí)（12級(jí)，35 m／s）在珠海金灣區(qū)沿海地區(qū)登陸。8月18日22：00，系統(tǒng)顯示臺(tái)風(fēng)紅色預(yù)警、暴雨橙色預(yù)警、雷雨大風(fēng)橙色預(yù)警、高溫黃色預(yù)警信號(hào)同時(shí)生效。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入預(yù)警信號(hào)級(jí)別最高的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)景，在預(yù)警信號(hào)下方，基于監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)觀測(cè)、預(yù)報(bào)資料和后臺(tái)設(shè)定的風(fēng)雨致災(zāi)閾值，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)446所學(xué)校、67個(gè)氣象防災(zāi)重點(diǎn)單位等承災(zāi)體進(jìn)行了暴雨報(bào)警，對(duì)1所學(xué)校進(jìn)行了大風(fēng)報(bào)警。

系統(tǒng)除了展示當(dāng)前臺(tái)風(fēng)實(shí)況信息，通過(guò)后臺(tái)運(yùn)算自動(dòng)生成風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論：在臺(tái)風(fēng)＂海高斯＂或其他風(fēng)雨影響下，廣東省范圍內(nèi)，有85個(gè)行政鎮(zhèn)、9.09萬(wàn)人口、345.40 km2面積、40.867億GDP受影響……。該結(jié)論可作為氣象服務(wù)決策材料內(nèi)容，為決策者作災(zāi)情研判提供支撐。

4.1 基于船籍港數(shù)據(jù)的海上漁船回港避風(fēng)

風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)在接入廣東省海事局共享的船舶數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，引入了廣東省政務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)掛接的廣東省海洋綜合執(zhí)法總隊(duì)提供的漁船船籍港數(shù)據(jù)，可以詳細(xì)顯示每條漁船所屬地區(qū)、船舶責(zé)任人以及聯(lián)系電話。當(dāng)臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害天氣發(fā)生時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)可以及時(shí)查看漁船實(shí)時(shí)地理位置并獲取風(fēng)圈影響范圍內(nèi)漁船的詳細(xì)參數(shù)信息，持續(xù)跟進(jìn)漁船回港避風(fēng)情況。

本研究主要從海上漁船回港避風(fēng)以及船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響分析兩方面來(lái)闡述系統(tǒng)在海上航行安全場(chǎng)景的應(yīng)用以及海洋防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮的作用。

8月19日00：00，臺(tái)風(fēng)海高斯已經(jīng)位于近海海面，通過(guò)系統(tǒng)船舶影響分析可以看到此時(shí)7級(jí)風(fēng)圈范圍內(nèi)共有漁船206條，10級(jí)和12級(jí)風(fēng)圈范圍內(nèi)已無(wú)漁船在航行，船只已經(jīng)采取了規(guī)避措施，回到相對(duì)安全的地方（圖1）。如有漁船仍在10級(jí)以上風(fēng)圈范圍內(nèi)航行，可以利用船籍港信息對(duì)漁船責(zé)任人通過(guò)短信等方式進(jìn)行靶向預(yù)警提醒，從而保障航行安全。

圖1 2020年8月19日00：00臺(tái)風(fēng)海高斯7級(jí)風(fēng)圈影響范圍內(nèi)的漁船船籍港信息

4.2 船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響分析

風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)接入了海上大風(fēng)、海浪、海溫、海流、海霧等氣象數(shù)值模式產(chǎn)品，可以查看當(dāng)前至未來(lái)72 h模式預(yù)報(bào)結(jié)果。圖2是2020年8月19日00：00海洋模型預(yù)報(bào)的海上大風(fēng)，可以看到風(fēng)力預(yù)報(bào)與臺(tái)風(fēng)實(shí)況相比位置基本相符，強(qiáng)度整體偏弱。綜合考慮海上大風(fēng)、海浪、船屬性等因素，基于風(fēng)險(xiǎn)影響等級(jí)分析思路，結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究，通過(guò)后臺(tái)配置海風(fēng)、海浪等風(fēng)險(xiǎn)要素閾值，將船舶航行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為黃色、橙色、紅色，建立船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)產(chǎn)品。當(dāng)臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)，通過(guò)船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷，可以提醒船舶盡快駛離預(yù)計(jì)發(fā)生高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，提高海洋防災(zāi)減災(zāi)能力。

圖2 2020年8月19日00：00海洋模型海上大風(fēng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品

圖3展示了2020年8月19日00：00臺(tái)風(fēng)“海高斯”來(lái)臨時(shí)船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)結(jié)果，處于黃色以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的大型船舶共420艘，橙色以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)243艘，紅色以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)0艘。如有船舶即將駛?cè)爰t色風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，可以通過(guò)系統(tǒng)對(duì)其發(fā)布靶向預(yù)警進(jìn)行提醒。

圖3 2020年8月19日00：00船舶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)產(chǎn)品

5 結(jié)論

廣東省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研判系統(tǒng)主要為各行業(yè)和政府部門(mén)提供氣象服務(wù)。該系統(tǒng)利用從氣候尺度到天氣尺度的氣象數(shù)字化網(wǎng)格產(chǎn)品開(kāi)展氣象災(zāi)害影響監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)，輔助基層各行業(yè)工作人員讀懂氣象產(chǎn)品，用好氣象技術(shù)，充分發(fā)揮好氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線的作用。本研究詳細(xì)介紹了系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源、總體架構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)功能特色，并以臺(tái)風(fēng)“海高斯”為例介紹其在海上航行安全場(chǎng)景中的應(yīng)用。

目前該系統(tǒng)已經(jīng)上線業(yè)務(wù)試運(yùn)行，但仍存在許多不足，如學(xué)校、醫(yī)院、危化點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)等下墊面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息陳舊，真實(shí)性、及時(shí)性和字段完整性難以保障；致災(zāi)因子與承災(zāi)體之間關(guān)系模型較為簡(jiǎn)單，影響預(yù)報(bào)模型需要進(jìn)一步優(yōu)化；各類要素致災(zāi)閾值的科學(xué)性有待深入調(diào)查研究。

未來(lái)發(fā)展的方向：①在數(shù)據(jù)融合方面，研究應(yīng)用廣東省政務(wù)大數(shù)據(jù)中心各部門(mén)共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，夯實(shí)下墊面信息；②在專業(yè)模型方面，利用近年來(lái)廣東省氣象局氣象現(xiàn)代化建設(shè)成果，深入了解各部門(mén)需求和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，不斷完善豐富專業(yè)模型；③在推廣應(yīng)用方面，基于系統(tǒng)可配置建設(shè)原則，能為市縣氣象部門(mén)在對(duì)外進(jìn)行氣象服務(wù)時(shí)提供系統(tǒng)支撐。