張俊芬，陳 睿，李 婧

1.黎川縣氣象局，江西黎川 344600；2.廣昌縣氣象局，江西廣昌 344900

江西地處長(zhǎng)江中下游，屬亞熱帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，地勢(shì)與降水的共同影響使得暴雨洪澇等災(zāi)害頻發(fā)，影響覆蓋水稻、子蓮、煙葉等主要農(nóng)作物的全生長(zhǎng)周期。因此，及時(shí)、有效地發(fā)布暴雨、大風(fēng)等預(yù)警信息是防御氣象災(zāi)害的有力措施。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于暴雨、大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)方面的研究主要圍繞預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)、模型與策略展開，而針對(duì)預(yù)警提示與檢驗(yàn)的研究較少。其中，謝豐等[1]基于氣象業(yè)務(wù)一體化平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套預(yù)報(bào)預(yù)警質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)、預(yù)警信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)2個(gè)主要功能。李爽爽[2]研究了精細(xì)化暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了暴雨精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警及次生災(zāi)害預(yù)警、信息發(fā)布等功能。吳吉哲等[3]研究了氣象站數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了縣域內(nèi)大風(fēng)、暴雨、高溫預(yù)警信號(hào)的監(jiān)測(cè)報(bào)警。相關(guān)學(xué)者基于Web自主研發(fā)自動(dòng)雨量站監(jiān)控和暴雨預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了市、縣兩級(jí)自動(dòng)雨量站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，當(dāng)雨量站雨量達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)或出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送音頻和短信。張長(zhǎng)棟等[4]通過Visual C++6.0技術(shù)對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析、重組以及信息提取處理，并將異常信息發(fā)送至監(jiān)控中心，保證氣象數(shù)據(jù)監(jiān)控的有效性和及時(shí)性。彭浴等[5]采用B/S模式和VS2010開發(fā)了區(qū)域自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的掌握。全國(guó)各地關(guān)于暴雨、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣形勢(shì)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有所差異，因此結(jié)合江西省氣候特征，建立縣(區(qū))級(jí)暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)十分必要。

基于江西省基層氣象工作實(shí)際，對(duì)接氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)(“天擎”)和江西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)(“省突”)，自主研發(fā)暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了暴雨和大風(fēng)典型強(qiáng)對(duì)流天氣的實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)警提示與檢驗(yàn)功能，在大幅減輕基層氣象工作壓力的同時(shí)，預(yù)警信號(hào)的提前量得到穩(wěn)步提升，進(jìn)而為氣象服務(wù)的精細(xì)化、精準(zhǔn)化提供技術(shù)支撐。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)圖

暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)基于Electron桌面應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，過程采用JavaScript編程語言編寫，應(yīng)用程序由Render進(jìn)程與Main進(jìn)程組成，Render進(jìn)程負(fù)責(zé)用戶界面的渲染，Main進(jìn)程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和加工處理。Render進(jìn)程在用戶登錄后進(jìn)入程序主頁面后，可通過頂部Tab欄切換訪問路徑，實(shí)現(xiàn)暴雨/大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)子模塊的訪問。Main進(jìn)程則由“天擎”數(shù)據(jù)模塊、預(yù)警短信模塊、省突FTP模塊、文檔導(dǎo)出模塊組成，Main進(jìn)程與Render進(jìn)程之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸通過Electron的進(jìn)程間通信(ipc)實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)架構(gòu)見圖1。

圖1 暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)圖

1.2 開發(fā)工具及開發(fā)環(huán)境

暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)基于Windows系統(tǒng)，16 G內(nèi)存、512 GB存儲(chǔ)空間的開發(fā)硬件環(huán)境，8 G或以上內(nèi)存、128 GB以上存儲(chǔ)空間的運(yùn)行硬件環(huán)境。軟件開發(fā)工具包括VsCode、Nodejs以及Electron等，編程語言主要為JavaScript。JavaScript(簡(jiǎn) 稱JS)是 基于原型編程、多范式的動(dòng)態(tài)腳本語言，雖然其常用于開發(fā)Web頁面的腳本，但它在很多非瀏覽器環(huán)境中也具有良好的應(yīng)用效果。

2 主要功能

暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)暴雨/大風(fēng)天氣的實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)警信息發(fā)布提醒以及檢驗(yàn)一體化，在實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息提前量提升的同時(shí)，大幅減輕基層氣象工作壓力。暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)流程見圖2，主要包括暴雨/大風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警與提示、暴雨/大風(fēng)預(yù)警發(fā)布、暴雨/大風(fēng)預(yù)警檢驗(yàn)3個(gè)部分。

圖2 暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)流程圖

2.1 暴雨/大風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警與提示

暴雨/大風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警與提示功能模塊對(duì)接“天擎”中的暴雨/大風(fēng)數(shù)據(jù)，設(shè)定分鐘定時(shí)輪詢，可實(shí)現(xiàn)所在縣(區(qū))域內(nèi)所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至平臺(tái)界面。用戶僅需設(shè)置暴雨/大風(fēng)預(yù)警閾值(往往小于實(shí)際預(yù)警值)，分鐘定詢數(shù)據(jù)在后臺(tái)處理修飾后與預(yù)警閾值進(jìn)行比對(duì)。若達(dá)到閾值標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)主界面將自動(dòng)彈窗并發(fā)出警報(bào)，提醒用戶根據(jù)實(shí)況及時(shí)發(fā)布對(duì)應(yīng)預(yù)警信息，達(dá)到暴雨/大風(fēng)天氣實(shí)況的監(jiān)測(cè)與預(yù)警提示的目的(圖3)。

圖3 暴雨/大風(fēng)天氣實(shí)況監(jiān)測(cè)與預(yù)警提示

此外，平臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、回讀以及查詢等功能，當(dāng)某次過程來臨時(shí)，可實(shí)時(shí)觀測(cè)暴雨/大風(fēng)等實(shí)況數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，當(dāng)過程消失時(shí)，可通過預(yù)設(shè)時(shí)間對(duì)任意時(shí)間暴雨/大風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回讀、查詢，過程中發(fā)布的任一級(jí)別的暴雨/大風(fēng)預(yù)警也可在相應(yīng)的模塊分支中實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)瀏覽。

自動(dòng)彈窗警報(bào)根據(jù)暴雨/大風(fēng)實(shí)況分類預(yù)警提示，根據(jù)暴雨/大風(fēng)實(shí)況與用戶使用習(xí)慣分別設(shè)定始終發(fā)出警報(bào)聲、始終不發(fā)出警報(bào)聲、10 min內(nèi)不發(fā)出警報(bào)聲以及30 min內(nèi)不發(fā)出警報(bào)聲。

2.2 暴雨/大風(fēng)預(yù)警信息檢驗(yàn)

暴雨/大風(fēng)預(yù)警檢驗(yàn)功能模塊基于主進(jìn)程省突FTP模塊和“天擎”數(shù)據(jù)模塊，用戶在界面篩選需要檢驗(yàn)的預(yù)警，Render進(jìn)程將條件傳至主進(jìn)程，主進(jìn)程通過省突FTP模塊獲取對(duì)應(yīng)的預(yù)警后，針對(duì)每條預(yù)警獲取相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，通過預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行預(yù)警有效性檢驗(yàn)和評(píng)分，最后通過文檔導(dǎo)出模塊將檢驗(yàn)好的預(yù)警導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)暴雨/大風(fēng)預(yù)警信息檢驗(yàn)。

暴雨/大風(fēng)預(yù)警信息檢驗(yàn)算法基于中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)與網(wǎng)絡(luò)司發(fā)布的《氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法(試行)》，結(jié)合江西省氣象局科技與預(yù)報(bào)處《關(guān)于開展暴雨、大風(fēng)預(yù)警信號(hào)有效性檢驗(yàn)的通知》，包含強(qiáng)對(duì)流天氣和冷空氣實(shí)況造成的暴雨/大風(fēng)預(yù)警信息的檢驗(yàn)。

2.3 實(shí)況雨情/風(fēng)情報(bào)告制作

實(shí)況雨情/風(fēng)情報(bào)告制作功能模塊基于“天擎”中暴雨/大風(fēng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)某縣(區(qū))域特定時(shí)間段的雨情/風(fēng)情快速統(tǒng)計(jì)，并形成可視化的規(guī)則Excel報(bào)告文件，報(bào)告直觀呈現(xiàn)了該時(shí)間段全域站點(diǎn)的降水和大風(fēng)實(shí)況。

3 案例分析

3.1 一次暴雨天氣實(shí)況預(yù)警與檢驗(yàn)

2022年11月26—28日，受強(qiáng)冷空氣南下影響，江西撫州市有一次較明顯的對(duì)流性降水天氣過程，其中廣昌縣域出現(xiàn)暴雨和強(qiáng)雷電天氣。截至11月27日08:00前12 h內(nèi)，廣昌縣頭陂鎮(zhèn)、翠雷山墾殖場(chǎng)、新建村3個(gè)站點(diǎn)在6 h內(nèi)降水量超過50 mm，縣城降雨量46.3 mm，平均降雨量43.2 mm，其中降雨量以翠雷山66.8 mm為最大，新建村62.4 mm次之，楊溪27.7 mm最小，達(dá)到暴雨橙色預(yù)警等級(jí)(圖4)。

圖4 2022年11月27日08:00廣昌縣域暴雨實(shí)況

據(jù)悉，26—28日強(qiáng)降水過程，廣昌縣氣象臺(tái)根據(jù)暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)提示，共發(fā)布暴雨預(yù)警2次，均為命中。分別為27日05:25首發(fā)暴雨橙色預(yù)警信號(hào)，完成預(yù)警提前量32 min，經(jīng)預(yù)警檢驗(yàn)有效評(píng)分為60，27日09:47首發(fā)暴雨黃色預(yù)警，完成預(yù)警提前量(T)50 min，經(jīng)預(yù)警檢驗(yàn)有效評(píng)分(TS)為60(圖5)。

圖5 2022年11月26日00:00至28日00:00廣昌縣暴雨預(yù)警檢驗(yàn)表

3.2 一次大風(fēng)天氣實(shí)況預(yù)警與檢驗(yàn)

2023年4月18日，受17—18日強(qiáng)對(duì)流天氣影響，江西撫州市出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨，其中，黎川縣出現(xiàn)8級(jí)以上雷暴大風(fēng)并受到暴雨侵襲。截至4月18日12:00前24 h，黎川縣有5個(gè)站點(diǎn)陣風(fēng)(小時(shí)極大風(fēng)速)超過13.9 m/s，分別為日峰燎源、樟溪、潭溪、龍安區(qū)域站以及黎川縣本級(jí)國(guó)家站點(diǎn)。其中，最大小時(shí)極大風(fēng)速出現(xiàn)在日峰燎源(18.7 m/s)，達(dá)到大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警等級(jí)(圖6)。

圖6 2023年4月18日12:00至19日12:00黎川縣域大風(fēng)實(shí)況

據(jù)悉，黎川縣氣象臺(tái)通過大風(fēng)實(shí)況監(jiān)測(cè)，于4月18日發(fā)布大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警，18日17:50黎川縣本級(jí)國(guó)家站達(dá)到預(yù)警閾值且為14.1 m/s，經(jīng)暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)大風(fēng)實(shí)況分析，此次過程成功命中大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警，準(zhǔn)確預(yù)警時(shí)間提前量(T1)、預(yù)警時(shí)間提前量(T2)以及有效預(yù)警時(shí)間提前量(T3)分別為52、52、52 min。通過預(yù)警檢驗(yàn)分析此次過程大風(fēng)預(yù)警有效評(píng)分(TS)100(圖7)。

圖7 2023年4月18日12:00至19日12:00黎川縣大風(fēng)預(yù)警信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)表

3.3 一次強(qiáng)對(duì)流天氣實(shí)況監(jiān)測(cè)

2023年3月17日、24日前后受2次冷空氣影響，撫州南部地區(qū)19—24日降水明顯，局部地區(qū)出現(xiàn)暴雨，并伴有強(qiáng)雷電等對(duì)流性天氣。冷空氣持續(xù)南移，23日晚至24日，廣昌縣域出現(xiàn)大到暴雨，截至3月24日08:00前12 h，廣昌縣尖峰鄉(xiāng)、長(zhǎng)橋鄉(xiāng)、驛前鎮(zhèn)、塘坊鎮(zhèn)、新建村、頭陂鎮(zhèn)、赤水鎮(zhèn)、楊溪鄉(xiāng)8個(gè)站點(diǎn)在12 h內(nèi)降水量超過50 mm，達(dá)到暴雨預(yù)警等級(jí)。

據(jù)悉，根據(jù)23—24日天氣過程預(yù)測(cè)，廣昌縣氣象臺(tái)根據(jù)暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)提示，00:14～02:43持續(xù)關(guān)注暴雨實(shí)況(圖8為2023年3月24日00:00廣昌縣域暴雨實(shí)況)，開啟強(qiáng)降水“631”風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)，持續(xù)發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警、暴雨橙色預(yù)警各1條，減輕業(yè)務(wù)人員疲勞監(jiān)控的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了氣象預(yù)警的及時(shí)發(fā)布。

圖8 2023年3月24日00:00廣昌縣域暴雨實(shí)況

4 小結(jié)

基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)(“天擎”)與江西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)(“省突”)支撐，包括暴雨/大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)兩大功能模塊，結(jié)合基層氣象臺(tái)站實(shí)況，搭建暴雨大風(fēng)預(yù)警提示與檢驗(yàn)平臺(tái)，通過簡(jiǎn)單的人機(jī)交互過程即可為基層氣象工作者提供直觀、可視化的暴雨/大風(fēng)實(shí)況，預(yù)警發(fā)布提示與檢驗(yàn)，提高氣象突發(fā)預(yù)警信息提前量，大幅減輕了基層氣象工作壓力，為今后氣象精細(xì)化服務(wù)提供有力的技術(shù)支撐。