徐婷婷 鄧小東 馬衛(wèi)軍 徐麗麗 梁穎瑜 郜海 姚圣康 鄔惠明

摘 要：風(fēng)暴潮警報(bào)涉及要素較多，檢驗(yàn)評(píng)估有一定困難性，本文詳述了GB/T 41165-2021《海洋預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確性檢驗(yàn)評(píng)估方法》風(fēng)暴潮部分的制定過(guò)程。研制過(guò)程中基于風(fēng)暴潮警報(bào)調(diào)研和歷史災(zāi)情分類(lèi)研究，設(shè)計(jì)了風(fēng)暴潮警報(bào)質(zhì)量的量化評(píng)價(jià)方式，并應(yīng)用東海區(qū)警報(bào)結(jié)果和實(shí)況數(shù)據(jù)反復(fù)測(cè)試和驗(yàn)證，結(jié)合多輪意見(jiàn)征求與試用成果，修正了潮時(shí)和潮位評(píng)估的閾值，撤消了過(guò)程整體評(píng)分的固定模式，分別建立了警報(bào)等級(jí)、潮時(shí)和潮位的檢驗(yàn)評(píng)估算法，首次為海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)風(fēng)暴潮警報(bào)評(píng)價(jià)提供了統(tǒng)一量化檢驗(yàn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)暴潮，警報(bào)檢驗(yàn)，潮位評(píng)估，等級(jí)評(píng)估

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.06.008

0 引 言

風(fēng)暴潮災(zāi)害是我國(guó)沿海最主要的海洋災(zāi)害，近20年我國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害總經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2，003億余元，占海洋災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失的91.78%[1]。風(fēng)暴潮警報(bào)是減少沿海人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失的有效手段。2012年《風(fēng)暴潮、海浪、海嘯和海冰災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》發(fā)布后風(fēng)暴潮警報(bào)啟動(dòng)及發(fā)布流程開(kāi)始規(guī)范化，2018年《海洋觀(guān)測(cè)預(yù)報(bào)管理?xiàng)l例》出臺(tái)后全國(guó)風(fēng)暴潮警報(bào)發(fā)布形式逐步統(tǒng)一。基于警報(bào)橫向比較和社會(huì)價(jià)值體現(xiàn)等因素，風(fēng)暴潮警報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證需求也日益迫切，制定統(tǒng)一的客觀(guān)檢驗(yàn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，是健全警報(bào)質(zhì)量管理制度的重要組成，也是促進(jìn)各家預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)相互學(xué)習(xí)、交流，有利于防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)能力的手段。

近年來(lái)眾多預(yù)報(bào)員、學(xué)者在風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)驗(yàn)證方面做了大量的研究工作，2008年風(fēng)暴潮業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)模式結(jié)果的檢驗(yàn)研究逐步標(biāo)準(zhǔn)化[3]；2009年我國(guó)海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)開(kāi)始在警報(bào)過(guò)程總結(jié)時(shí)進(jìn)行等級(jí)檢驗(yàn)；2013年國(guó)家海洋局在海洋災(zāi)害應(yīng)急管理體系建設(shè)中著重強(qiáng)調(diào)了預(yù)警報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估體系建設(shè)的重要性[4]，警報(bào)等級(jí)定性檢驗(yàn)開(kāi)始細(xì)化至每一份預(yù)報(bào)單；而后預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)愈發(fā)重視各類(lèi)預(yù)警報(bào)的量化檢驗(yàn)評(píng)估工作，我國(guó)近海預(yù)警報(bào)和海洋災(zāi)害評(píng)估相關(guān)研究日漸深入，災(zāi)情等級(jí)的量化評(píng)價(jià)規(guī)則[5]、風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報(bào)與災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)[6 ]、全球大洋潮汐模式的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性綜合評(píng)估[7]等研究成果先后發(fā)表。

國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心、各海區(qū)預(yù)報(bào)中心及其他警報(bào)發(fā)布機(jī)構(gòu)先后制定了風(fēng)暴潮警報(bào)評(píng)估企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但因評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)存在屬地特征，不適宜進(jìn)行評(píng)估結(jié)果的跨海區(qū)對(duì)比。2017年自然資源部海洋減災(zāi)中心牽頭，由國(guó)家海洋信息中心作為第三方開(kāi)始對(duì)全國(guó)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)的警報(bào)進(jìn)行客觀(guān)評(píng)分，初步實(shí)現(xiàn)了警報(bào)的量化評(píng)分，但是由于風(fēng)暴潮警報(bào)涉及要素較多、潮汐預(yù)報(bào)的地域性特點(diǎn)十分突出等原因，只對(duì)每個(gè)警報(bào)過(guò)程做單一評(píng)分存在很大的偶然性和地域局限性，不足以全面評(píng)價(jià)整個(gè)預(yù)警過(guò)程。

GB/T 41165-2021《海洋預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確性檢驗(yàn)評(píng)估方法》風(fēng)暴潮警報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估方法制定過(guò)程中，基于對(duì)2009-2018年風(fēng)暴潮警報(bào)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)品和實(shí)況的研究分析，研制了一套風(fēng)暴潮警報(bào)量化檢驗(yàn)評(píng)估規(guī)則，同時(shí)根據(jù)風(fēng)暴潮災(zāi)害特點(diǎn)，在警報(bào)等級(jí)評(píng)估時(shí)采用加權(quán)平均算法，更能突出不同級(jí)別警報(bào)準(zhǔn)確性之間的差異。規(guī)則初步制定后在東海區(qū)進(jìn)行了充分試用，并對(duì)部分關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了專(zhuān)題論證，經(jīng)逐步完善，對(duì)等級(jí)檢驗(yàn)和要素評(píng)估進(jìn)行剝離，首次制定了一套中國(guó)沿海普適性的風(fēng)暴潮警報(bào)量化檢驗(yàn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

1 資料來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括：自然資源部東海預(yù)報(bào)減災(zāi)中心、自然資源部東海局、《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》和《中國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害史料集》等。檢驗(yàn)研究和測(cè)試涉及的高潮位、高潮時(shí)采用警報(bào)總結(jié)和災(zāi)害公報(bào)中公示過(guò)的數(shù)據(jù)，警報(bào)等級(jí)驗(yàn)證采用過(guò)程發(fā)生當(dāng)年警戒潮位和發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）。

2 要素處理和規(guī)則制定

風(fēng)暴潮警報(bào)需檢驗(yàn)評(píng)估要素主要包含警報(bào)等級(jí)、高潮時(shí)和高潮位項(xiàng)，不同預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)預(yù)報(bào)內(nèi)容形式差異不大，要素提取條件較好。檢驗(yàn)評(píng)估規(guī)則研究目的是實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)結(jié)果量化評(píng)價(jià)，方便警報(bào)結(jié)果的橫向、縱向比對(duì)，所以檢驗(yàn)評(píng)估閾值的設(shè)定應(yīng)以現(xiàn)有警報(bào)單的實(shí)際誤差情況為主要考量標(biāo)準(zhǔn)，脫離現(xiàn)有預(yù)報(bào)誤差制定過(guò)于嚴(yán)苛或?qū)捤傻囊?guī)則都會(huì)造成檢驗(yàn)評(píng)估結(jié)果集中于某一分值區(qū)間，無(wú)法拉開(kāi)分?jǐn)?shù)差距，也就失去了結(jié)果評(píng)價(jià)的意義。

2.1 警報(bào)等級(jí)評(píng)估與檢驗(yàn)

為便于研究和規(guī)則制定，對(duì)警報(bào)等級(jí)和觀(guān)測(cè)等級(jí)分類(lèi)賦值，賦值規(guī)則見(jiàn)表2。

3 規(guī)則測(cè)試及試用

基于以上規(guī)則，選取東海區(qū)涉及站點(diǎn)信息相對(duì)豐富的2011-2018年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮警報(bào)和過(guò)程實(shí)況進(jìn)行評(píng)估與檢驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

從檢驗(yàn)結(jié)果看，得分和警報(bào)最高等級(jí)誤差相關(guān)性過(guò)高的情況，即使一份警報(bào)單中只有少數(shù)站點(diǎn)最高級(jí)別與實(shí)況相符，其他站點(diǎn)誤差較大，按照此方法總分差異也不大。這種單一的評(píng)估方式不能滿(mǎn)足所有情況下的警報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估，尤其是超歷史過(guò)程中，潮位評(píng)分占比僅有10%的情況下很難突出預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度的重要性。

4 問(wèn)題修正

通過(guò)核查天氣系統(tǒng)影響過(guò)程對(duì)比檢驗(yàn)結(jié)果，為了解決存在的問(wèn)題，完善檢驗(yàn)評(píng)估方法，增強(qiáng)規(guī)則的合理性、兼容性及適用性，2018-2019年在東海區(qū)及全國(guó)各級(jí)海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行了充分試用，并召開(kāi)數(shù)次工作研討會(huì)，經(jīng)全國(guó)海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)意見(jiàn)征詢(xún)、討論與研究，從3個(gè)方面對(duì)檢驗(yàn)評(píng)估規(guī)則進(jìn)行補(bǔ)充完善。

4.1 等級(jí)評(píng)估

在測(cè)試結(jié)果分析和意見(jiàn)征求過(guò)程中都發(fā)現(xiàn)，按照整體警報(bào)級(jí)別評(píng)分容易出現(xiàn)越弱的過(guò)程得分越高的情況，如：1205泰利、1214天秤、1308西馬侖等警示性藍(lán)色警報(bào)單，這明顯和警報(bào)的重要性有矛盾；測(cè)試結(jié)果和試用中均發(fā)現(xiàn)了按照整體警報(bào)單評(píng)估的方式無(wú)法全面評(píng)價(jià)每個(gè)站點(diǎn)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度的現(xiàn)象，如圖4中兩份警報(bào)最高預(yù)警級(jí)別均準(zhǔn)確，得分相同，但是預(yù)報(bào)級(jí)別準(zhǔn)確的單站（見(jiàn)表4）“1209”蘇拉過(guò)程僅有27.8%，“1419”黃蜂過(guò)程有72.0%，僅評(píng)判整體級(jí)別準(zhǔn)確率沒(méi)有足夠的代表性。

針對(duì)這一問(wèn)題，多次邀請(qǐng)各級(jí)海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)討論研究，以方便實(shí)操和充分體現(xiàn)單站不同等級(jí)預(yù)警準(zhǔn)確度為目的，擬改整體等級(jí)評(píng)分為分站點(diǎn)等級(jí)評(píng)分后取加權(quán)平均的方式進(jìn)行等級(jí)評(píng)估?？紤]實(shí)際預(yù)警過(guò)程中，警報(bào)級(jí)別不僅是應(yīng)急響應(yīng)和處置依據(jù)，也和災(zāi)情密切相關(guān)。由于在風(fēng)暴潮過(guò)程中實(shí)測(cè)級(jí)別更貼近災(zāi)情，漏報(bào)（應(yīng)急措施不到位）較比空?qǐng)?bào)（應(yīng)急處置過(guò)度）造成的損失大得多，故以實(shí)測(cè)等級(jí)為加權(quán)系數(shù)判定依據(jù)。

為確定加權(quán)系數(shù)的取值，統(tǒng)計(jì)整理了1949-2020年的風(fēng)暴潮災(zāi)損和實(shí)測(cè)等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系[1-2]，圖4和圖5顯示越高實(shí)測(cè)等級(jí)至災(zāi)越嚴(yán)重（根據(jù)《海洋災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》1級(jí)紅色最高，4級(jí)藍(lán)色最低，下同），20 06年風(fēng)暴潮警報(bào)開(kāi)始發(fā)布后，人員傷亡銳減，但經(jīng)濟(jì)損失仍隨預(yù)警等級(jí)波動(dòng)。表5的不同等級(jí)平均人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失比例基本呈倍數(shù)關(guān)系，人口損失為10：5：3：1，經(jīng)濟(jì)損失為6：3：1：1，取平均為8：3：2：1，同時(shí)按照前3等級(jí)遞進(jìn)比例取4：3：2：1為兩組測(cè)試權(quán)重，調(diào)取2012-2018年實(shí)測(cè)紅色的臺(tái)風(fēng)評(píng)分測(cè)試結(jié)果如表6所示，前3級(jí)比例調(diào)整紅色取值為4時(shí)，分差均不超過(guò)2分，分值分布影響很小，考慮方法的等級(jí)協(xié)調(diào)性，選用4：3：2：1的權(quán)重取值。

式中：

S 單份—— 單份警報(bào)單的警報(bào)級(jí)別得分；

n 紅—— 達(dá)到紅色預(yù)警級(jí)別的驗(yàn)潮站數(shù)；

S 紅—— 警報(bào)單中紅色警報(bào)驗(yàn)潮站的警報(bào)級(jí)別得分；

n 橙—— 達(dá)到橙色預(yù)警級(jí)別的驗(yàn)潮站數(shù)；

S 橙—— 警報(bào)單中橙色警報(bào)驗(yàn)潮站的警報(bào)級(jí)別得分；

n 黃—— 達(dá)到黃色預(yù)警級(jí)別的驗(yàn)潮站數(shù)；

S 黃—— 警報(bào)單中黃色警報(bào)驗(yàn)潮站的警報(bào)級(jí)別得分；

n 藍(lán)—— 達(dá)到藍(lán)色預(yù)警級(jí)別的驗(yàn)潮站數(shù)；

S 藍(lán)—— 警報(bào)單中藍(lán)色警報(bào)驗(yàn)潮站的警報(bào)級(jí)別得分；

n 未達(dá)—— 未達(dá)到藍(lán)色警戒潮位的驗(yàn)潮站數(shù)；

S 未達(dá)—— 警報(bào)單中未達(dá)到藍(lán)色警報(bào)驗(yàn)潮站的警報(bào)級(jí)別得分。

以1209“蘇拉”過(guò)程2012年8月1日22時(shí)發(fā)布的風(fēng)暴潮橙色警報(bào)為例對(duì)更改前后的等級(jí)評(píng)估規(guī)則進(jìn)行對(duì)比如下。

該過(guò)程共涉及驗(yàn)潮站15個(gè)，其中等級(jí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確站點(diǎn)7個(gè)，最高預(yù)報(bào)等級(jí)和實(shí)測(cè)等級(jí)均為橙色，按照原評(píng)估規(guī)則整體等級(jí)發(fā)布準(zhǔn)確，得分為100分，該評(píng)分過(guò)于籠統(tǒng)，未能體現(xiàn)該預(yù)報(bào)單中單站預(yù)報(bào)情況；按照更改后評(píng)估規(guī)則取單站等級(jí)預(yù)報(bào)加權(quán)平均，如表7所示得分為89.6分，更改后規(guī)則得分更能體現(xiàn)單站預(yù)警實(shí)際情況。

若單站出現(xiàn)超警戒而未發(fā)布預(yù)報(bào)潮時(shí)，視為漏報(bào)，此時(shí)按照S 潮時(shí)= 0處理，單份風(fēng)暴潮警報(bào)潮時(shí)得分為所有預(yù)報(bào)海域潮時(shí)得分的累加平均。

4.3 綜合得分

本方法試用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，原公式（10）中等級(jí)、潮位和潮時(shí)占比為8∶1∶1的評(píng)分硬性規(guī)定有很大的局限性，該綜合評(píng)分設(shè)定不適用于所有區(qū)域，沒(méi)有足夠的警報(bào)和災(zāi)損資料支撐這一評(píng)估取值方式，目前關(guān)于預(yù)警級(jí)別和潮位、潮時(shí)預(yù)報(bào)的重要性仍存在一定爭(zhēng)議。如：浙江乍浦驗(yàn)潮站，該站點(diǎn)對(duì)應(yīng)了兩個(gè)警戒潮位核定岸段，平湖岸段的四色警戒潮位分別為445cm、475cm、510cm和540cm（基面：85高程，下同），乍浦港岸段的四色警戒潮位分別為440cm、455cm、475cm和490cm（基面：85高程，下同），乍浦站475cm的潮位預(yù)報(bào)，平湖岸段為黃色預(yù)警級(jí)別，乍浦港岸段就達(dá)到了橙色預(yù)警級(jí)別，此種情況下潮位預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度就不能以占比10%來(lái)評(píng)判了。具體比例應(yīng)根據(jù)地區(qū)特征分段取值比較穩(wěn)妥，不宜做統(tǒng)一規(guī)定。同時(shí)綜合評(píng)分除了技術(shù)評(píng)定的因素外也有行程處置需求等因素，本研究最終取消了綜合得分規(guī)定，改為僅提供每一個(gè)警報(bào)要素的檢驗(yàn)評(píng)估方法，各地區(qū)和各單位可以根據(jù)區(qū)域特征對(duì)各要素評(píng)估結(jié)果進(jìn)行組合，或者就單要素的檢驗(yàn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行橫向比對(duì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本方法將風(fēng)暴潮警報(bào)分為預(yù)警等級(jí)、高潮位和高潮時(shí)3個(gè)要素進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估。其中檢驗(yàn)是準(zhǔn)確率、空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率的比率統(tǒng)計(jì)，僅針對(duì)預(yù)警等級(jí)；評(píng)估對(duì)3個(gè)要素均有統(tǒng)計(jì)，在規(guī)則研究初期，研究樣本主要為東海區(qū)的警報(bào)單，潮位和潮時(shí)的評(píng)估閾值過(guò)于狹窄，在全國(guó)試用和征求意見(jiàn)過(guò)程中北海部分區(qū)域出現(xiàn)了天文潮導(dǎo)致的潮時(shí)潮位誤差偏離過(guò)大情況，考慮到本方法的適用性，幾經(jīng)研討和調(diào)整，最終確定了潮位10～50cm，潮時(shí)1～4h的評(píng)估閾值，以方便地方應(yīng)用時(shí)根據(jù)本地特征收窄取值范圍；最終撤消了過(guò)程整體評(píng)分的固定比例，改為僅提供警報(bào)等級(jí)、潮時(shí)和潮位的量化檢驗(yàn)評(píng)估算法。

目前，如何客觀(guān)、公正和科學(xué)地評(píng)估風(fēng)暴潮警報(bào)是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，現(xiàn)有研究制定的評(píng)估方法存在一定的不足之處：本方法為解決風(fēng)暴潮檢驗(yàn)評(píng)估全國(guó)性規(guī)則從無(wú)到有的問(wèn)題，評(píng)估閾值過(guò)于寬泛，部分區(qū)域需要更嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)配合執(zhí)行；在最終制定過(guò)程中取消了綜合評(píng)分，僅提供了每個(gè)警報(bào)要素的檢驗(yàn)評(píng)估規(guī)則，綜合評(píng)分還需要進(jìn)一步制定區(qū)域性規(guī)則；本規(guī)則的配套的自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)警報(bào)制作系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)需求較高。以上問(wèn)題我們將在實(shí)踐中深化研究，并在修訂過(guò)程中逐步完善。

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