李招連,林兩位,廖燕珍,鄭小琴

(1. 數(shù)字福建氣象大數(shù)據(jù)研究所(閩南師范大學(xué)),漳州 363000;2.福建省漳州市氣象局,漳州 363000;3.福建省災(zāi)害天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350001)

0 引言

漳州市位于福建東南部,轄區(qū)地形由西北向東南傾斜,大芹山為漳州市第一高峰,海拔1,544.5 m,地勢(shì)起伏大,花崗巖、火山巖分布廣泛,巖體發(fā)育強(qiáng)烈,臺(tái)風(fēng)暴雨等氣象災(zāi)害多,是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。根據(jù)漳州市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果,2022年漳州市共有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)306處、高陡邊坡點(diǎn)1733處,類型以滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等為主,2萬(wàn)多人受到影響。為了進(jìn)一步加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警服務(wù)能力建設(shè),文章介紹了地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵性技術(shù)、功能模塊設(shè)計(jì)等,構(gòu)建了漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行以來(lái),已成為漳州市氣象部門(mén)提高地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)能力的重要支撐。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用B/S體系架構(gòu),應(yīng)用漳州市氣象和國(guó)土部門(mén)的同步共享系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)的統(tǒng)一部署和發(fā)布。系統(tǒng)利用“一張圖”展示氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警信息、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和高陡邊坡點(diǎn)數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)等信息[1-2]。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)的部署設(shè)計(jì)根據(jù)漳州氣象網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中數(shù)據(jù)安全級(jí)別不同和系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求,部署設(shè)計(jì)分為氣象內(nèi)網(wǎng)、DMZ區(qū)、Internet外網(wǎng)3個(gè)不同安全等級(jí),系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示[3]?？紤]到系統(tǒng)的安全性,直接用網(wǎng)閘加強(qiáng)DMZ區(qū)安全保障。在DMZ區(qū)服務(wù)器上完成氣象監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與地災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)的綜合分析,并制作地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃圖,再將制作好的地災(zāi)服務(wù)產(chǎn)品推送到外網(wǎng)服務(wù)器。各地災(zāi)點(diǎn)責(zé)任人通過(guò)訪問(wèn)漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看地災(zāi)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警等服務(wù)產(chǎn)品。

圖1 漳州氣象網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子系數(shù)指標(biāo)

2.1.1 訓(xùn)練樣本構(gòu)建

從地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)中隨機(jī)抽取80%作為訓(xùn)練樣本,剩余的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)作為驗(yàn)證樣本,同時(shí)在未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域隨機(jī)抽取同等數(shù)量的樣本點(diǎn),則訓(xùn)練樣本量為306×80%×2=490個(gè)。

2.1.2 孕災(zāi)因子分類

影響地質(zhì)災(zāi)害的因子分為2組:第1組是由DEM派生的,包括高程、坡度、坡向、曲率、起伏度;第2組主要包括土壤類型、土地利用、植被覆蓋度和降雨量。在利用證據(jù)權(quán)法開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害敏感度評(píng)價(jià)時(shí),首先把高程、坡度、起伏度因子按照百分位法分成10類,植被覆蓋度和年均降雨量數(shù)據(jù)分成5類,曲率則按照其值與0的比較分為凹坡、平坡和凸坡3類,坡向按照方位分為9類,其他離散因子按照各子類別進(jìn)行劃分。

2.1.3 孕災(zāi)因子系數(shù)

高程、坡度、降雨量等指標(biāo)作為L(zhǎng)ogistic回歸模型的自變量,災(zāi)害是否發(fā)生作為因變量。利用ArcGIS將圖像多值提取到點(diǎn),通過(guò)SPSS23統(tǒng)計(jì)分析軟件回歸分析數(shù)據(jù),得到地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù)[4-5]。除起伏度、植被指數(shù)和土地利用與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生呈負(fù)相關(guān)外,其他如年降水量、海拔(高程)、土壤等都呈正相關(guān),如表1所示。

表1 漳州市地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù)表

2.2 地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃及預(yù)警

基于Logistic回歸模型相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù),計(jì)算漳州市所有單元格的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性概率,在ArcGIS中生成漳州市地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[6-7]。漳州市地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃空間分布呈現(xiàn)從西北至東南敏感度風(fēng)險(xiǎn)逐漸減小,漳州地質(zhì)災(zāi)害敏感度高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在華安、平和、南靖3個(gè)縣和部分縣(市)的山坡地帶。結(jié)合實(shí)時(shí)降水并將降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品作為模型輸入因子,可以得出地質(zhì)災(zāi)害大概率發(fā)生的區(qū)域范圍,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的年分布,可以針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)生成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的地災(zāi)小時(shí)級(jí)的實(shí)時(shí)預(yù)警產(chǎn)品,12 h和24 h的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警產(chǎn)品。

2.3 基于Web Service的地災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)、外網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口

地災(zāi)系統(tǒng)需要解決內(nèi)、外網(wǎng)異構(gòu)系統(tǒng)的互連問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù),甚至業(yè)務(wù)服務(wù),實(shí)現(xiàn)異構(gòu)信息系統(tǒng)間的互訪,通過(guò)Web Service標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)地災(zāi)內(nèi)、外網(wǎng)的查詢和訪問(wèn)。地災(zāi)系統(tǒng)采用基于瀏覽器的B/S架構(gòu),數(shù)據(jù)交換采用XML數(shù)據(jù)格式。調(diào)用XML編程接口訪問(wèn)XML節(jié)點(diǎn),來(lái)保證地災(zāi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的訪問(wèn)效率以及數(shù)據(jù)交換的安全性。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要是系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)相關(guān)配置信息進(jìn)行設(shè)置,其中數(shù)據(jù)源監(jiān)控用于實(shí)時(shí)監(jiān)控并告警降水等氣象產(chǎn)品的異常情況、降水預(yù)警配置用于不同時(shí)段降水等級(jí)閾值設(shè)置、地災(zāi)預(yù)警配置用于不同的地災(zāi)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)閾值設(shè)置、產(chǎn)品發(fā)布渠道配置用于設(shè)置短信傳真等發(fā)布渠道、角色管理用于權(quán)限配置等。

3.2 數(shù)據(jù)分析處理模塊

數(shù)據(jù)分析處理模塊的功能是基于漳州市地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和敏感度區(qū)劃結(jié)果,根據(jù)降水影響系數(shù)、臨界有效降雨量,結(jié)合未來(lái)降水的落區(qū)預(yù)報(bào),充分考慮降雨量和雨強(qiáng)對(duì)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)落區(qū)的影響,分別建立未來(lái)24 h地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警模型。未來(lái)24 h降水的落區(qū)預(yù)報(bào)是基于福建氣象智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)技術(shù),建立0～24 h逐小時(shí)間隔、水平分辨力2.5 km、1～10 d逐3 h間隔降水落區(qū)監(jiān)測(cè)預(yù)警和網(wǎng)格預(yù)報(bào),提升地災(zāi)災(zāi)害降水落區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、時(shí)間提前量和智能化水平。利用地理信息系統(tǒng)相關(guān)算法技術(shù),自動(dòng)生成未來(lái)24 h地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)分布圖。

3.3 綜合信息展示模塊

綜合信息展示模塊基于WebGIS技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā),功能包括在一張圖上展示氣象數(shù)據(jù)(站點(diǎn)、格網(wǎng)、模式)等多源資料和地災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)將實(shí)況雨量、預(yù)報(bào)雨量、雷達(dá)、臺(tái)風(fēng)和地災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警等基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)作為背景場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加展示。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章開(kāi)展以滑坡、崩塌、泥石流等為主體的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃與風(fēng)險(xiǎn)研究,并基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),構(gòu)建了漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行歸類梳理,動(dòng)態(tài)配置地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警功能,系統(tǒng)的順利運(yùn)行提升了漳州市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)能力,促進(jìn)了國(guó)土與氣象業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)發(fā)展。