湖州市災(zāi)害性天氣實況短信預(yù)警系統(tǒng)設(shè)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(fēng)氣候區(qū),北依太湖,西南側(cè)為天目山區(qū),特殊的地理環(huán)境及氣候條件,致使災(zāi)害性天氣多發(fā),對社會生活生產(chǎn)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(xiàn)短時強(qiáng)降雨,恰逢下班交通高峰期,造成市內(nèi)嚴(yán)重積水和交通癱瘓;2004年受第七號強(qiáng)熱帶風(fēng)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(fēng)力超過了10級，且大風(fēng)持續(xù)時間特長,導(dǎo)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(yùn)輸貨船帶來嚴(yán)重威脅,造成太湖18艘貨船沉沒,2人遇難。當(dāng)前,社會各界對氣象災(zāi)害的預(yù)測預(yù)警能力高度關(guān)注,如何減少氣象災(zāi)害造成的損失是氣象學(xué)者面臨的嚴(yán)峻問題。目前雖然對暴雨、大風(fēng)和大霧等氣象災(zāi)害的預(yù)報能力有限,但根據(jù)實況資料可及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害性天氣出現(xiàn)的征兆,及時發(fā)布短時、臨近預(yù)報和天氣預(yù)警信號,為群眾及時避災(zāi)提供保障。李程等[1]采用精選外呼對象、細(xì)化外呼規(guī)則、降低撥打次數(shù)、減少人工干預(yù)、建立監(jiān)控機(jī)制和補(bǔ)救措施等設(shè)計思路,基于12121氣象聲訊電話系統(tǒng),建立了惡劣天氣呼叫系統(tǒng),為防災(zāi)應(yīng)急人員提供電話外呼服務(wù);羅保華等[2]將氣象預(yù)警發(fā)布對象分級分類和地理信息化,應(yīng)用電子地圖與雷達(dá)產(chǎn)品、區(qū)域自動站等資料疊加,快捷制作氣象預(yù)警短信和圖形化自動選定手機(jī)發(fā)布對象,直接向防災(zāi)各部門和第一線用戶發(fā)布,顯著提高了短時災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警能力和預(yù)警短信制作發(fā)布時效;姜小云等[3]將目前已經(jīng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的各種氣象探測設(shè)備觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動實時分析，并根據(jù)災(zāi)害性天氣發(fā)生時氣象數(shù)據(jù)達(dá)到的閾值條件,通過手機(jī)短信將相應(yīng)的氣象災(zāi)害信息發(fā)送給各級氣象預(yù)報服務(wù)業(yè)務(wù)人員,以便其在第一時間進(jìn)一步分析和處理,從而有效防范和應(yīng)對各種氣象災(zāi)害的發(fā)生;李爽爽[4]依托浙江省氣象局各類數(shù)據(jù)產(chǎn)品,建立了精細(xì)化暴雨監(jiān)測預(yù)報及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng),有效提高了氣象部門業(yè)務(wù)人員的工作效率;況源等[5]將多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品融入氣象監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)能有效提高氣象部門應(yīng)對氣象災(zāi)害的速度和服務(wù)質(zhì)量;顧紅兵[6]對環(huán)境氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并設(shè)計了綜合環(huán)境氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),經(jīng)過測試運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能有效提高綜合環(huán)境氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性。目前氣象部門災(zāi)害性短信預(yù)警系統(tǒng)均缺少對鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)的精準(zhǔn)預(yù)警,因此有必要對目前實況短信發(fā)送系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

本文將湖州市區(qū)劃分為南太湖新區(qū)、吳興區(qū)、南潯區(qū),并在鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)中選取代表站,如妙西鎮(zhèn)選取妙西站和五星站，八里店鎮(zhèn)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(fā)送情況，對湖州地區(qū)不同區(qū)域、不同要素不同季節(jié)進(jìn)行閾值設(shè)定,當(dāng)該自動站出現(xiàn)氣象要素超過閾值時,向該鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)人員報警。同時當(dāng)預(yù)警閾值達(dá)到不同等級時,向不同的鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)網(wǎng)格員和領(lǐng)導(dǎo)發(fā)送短信,實現(xiàn)預(yù)警信息的靶向發(fā)布和梯次化預(yù)警,有助于解決基層信息不暢的問題,充分發(fā)揮了氣象防災(zāi)減災(zāi)“第一道防線”作用。

1 業(yè)務(wù)需求

為貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于“預(yù)警信息發(fā)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(yù)報預(yù)警服務(wù)的要求,需要有一個將網(wǎng)格責(zé)任人納入氣象實況短信接收庫的災(zāi)害性短信發(fā)布系統(tǒng),能將實況短信從氣象臺“一鍵直達(dá)”網(wǎng)格員,實現(xiàn)“網(wǎng)格+氣象”的深度融合。

目前湖州市已有的實況短信發(fā)送系統(tǒng)，將短信發(fā)送給業(yè)務(wù)值班人員和納入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的防汛指揮部(以下簡稱防指)成員,當(dāng)湖州地區(qū)有站點(diǎn)超過閾值時,對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所有人員發(fā)送提醒短信,沒有天氣過程地區(qū)的人員也能收到短信,容易造成短信騷擾,缺少對鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)和各個部門的精細(xì)化發(fā)送策略,造成了短信的濫發(fā),所以有必要對目前實況短信發(fā)送系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。湖州地區(qū)自動氣象觀測站已增加至200多個,遍布各鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)和城市主要街區(qū),有能力將實況短信精細(xì)到各個鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道),減少騷擾,提高精準(zhǔn)度,并且根據(jù)企業(yè)和用戶的需求,可以制定專門的氣象要素閾值,對企業(yè)和用戶進(jìn)行精細(xì)化短信服務(wù)。當(dāng)有災(zāi)害性天氣發(fā)生時,可根據(jù)不同的發(fā)送策略對不同人群發(fā)送短信,實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警。

2 系統(tǒng)總設(shè)計

2.1 災(zāi)害性天氣短信預(yù)警閾值

閾值設(shè)定采用國內(nèi)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(qū)域、不同季節(jié)、不同要素的短信預(yù)警閾值。湖州市全年大風(fēng)閾值均在8 m/s以上,季節(jié)整體大風(fēng)閾值為冬季>春季>夏季>秋季,且春季、夏季、秋季和冬季大風(fēng)閾值最大值均出現(xiàn)在天荒坪鎮(zhèn)和織里鎮(zhèn),其中一個是山區(qū)，另一個臨近湖面,平原大風(fēng)閾值在12 m/s以上,山區(qū)和沿湖區(qū)域大風(fēng)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(xiàn)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(dá)30 mm/h,冬季僅僅只有10 mm/h左右。

2.2 梯次化預(yù)警策略

將短信發(fā)送對象分為內(nèi)部人員和外部人員。內(nèi)部人員分為兩級,第一級為氣象臺業(yè)務(wù)值班人員,第二級為氣象局領(lǐng)導(dǎo);外部人員分為三級,第一級為網(wǎng)格員和防指成員單位值班人員,第二級為區(qū)領(lǐng)導(dǎo),第三級為市領(lǐng)導(dǎo)。

根據(jù)不同單位和不同人群對實況預(yù)警短信的不同要求,針對不同的用戶群設(shè)計發(fā)布策略。(1)針對預(yù)報值班人員實況預(yù)警短信提醒策略。為了發(fā)揮區(qū)域聯(lián)防和預(yù)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(dá)到閾值,系統(tǒng)自動給氣象局預(yù)報值班人員發(fā)送短信,提醒預(yù)報員關(guān)注。(2)針對鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)實況短信提醒策略。當(dāng)某一鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)出現(xiàn)災(zāi)害性天氣時,發(fā)送實況預(yù)警短信至該鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)防災(zāi)減災(zāi)人員;當(dāng)災(zāi)害性天氣氣象要素閾值達(dá)到更高級別時，發(fā)送給該鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)所在的區(qū)領(lǐng)導(dǎo)。(3)針對專業(yè)用戶實況短信提醒策略。當(dāng)港口碼頭、旅游和建筑企業(yè)附近自動站風(fēng)速達(dá)到預(yù)警閾值時，發(fā)送實況預(yù)警短信至該企事業(yè)負(fù)責(zé)人。圖1為系統(tǒng)框架流程圖。

圖1 系統(tǒng)框架流程圖

3 軟件功能模塊介紹

3.1 短信發(fā)送方案

目前該短信發(fā)送系統(tǒng)將短信發(fā)送對象分為內(nèi)部人員、網(wǎng)格員、防指成員、區(qū)領(lǐng)導(dǎo)、湖州市氣象局領(lǐng)導(dǎo)和湖州市領(lǐng)導(dǎo)。同時根據(jù)每個自動站的經(jīng)緯度,將自動站錄入其對應(yīng)的鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道),同時根據(jù)不同鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)上報的網(wǎng)格員名單,將網(wǎng)格員信息錄入相應(yīng)的鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道),并且該系統(tǒng)根據(jù)各鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)上報的網(wǎng)格員名單進(jìn)行實時更新。

研究發(fā)現(xiàn)除山區(qū)、湖面以及個別鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)外,其余鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)預(yù)警閾值均相差不大,且每個鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)不同季節(jié)均設(shè)置一個預(yù)警閾值太過繁瑣,根據(jù)上述預(yù)警閾值的研究成果,暫定了圖2中所示的預(yù)警閾值,后期根據(jù)需求實時調(diào)整。從圖2可知，目前將氣象局內(nèi)部業(yè)務(wù)人員和鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)網(wǎng)格員短信發(fā)送策略設(shè)置為當(dāng)該鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)的自動站出現(xiàn)要素超過閾值時(平原風(fēng)速超過13.9 m/s、山區(qū)及湖面(站點(diǎn)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(yè)務(wù)值班人員以及災(zāi)害性天氣所在鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)網(wǎng)格員發(fā)送短信提醒,當(dāng)這一站點(diǎn)氣象要素值出現(xiàn)明顯增大時，再發(fā)送第二次短信提醒;當(dāng)自動站氣象要素值超過第二級閾值時(平原風(fēng)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(zāi)害性天氣發(fā)生地區(qū)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)發(fā)送短信提醒;當(dāng)自動站氣象要素值超過第三級閾值時(平原風(fēng)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(lǐng)導(dǎo)發(fā)送短信提醒。第二及第三級閾值，根據(jù)實際情況和領(lǐng)導(dǎo)需求實時調(diào)整。

圖2 災(zāi)害性短信發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布方案

云上草原有纜車及高空娛樂設(shè)備,對大風(fēng)預(yù)報的要求比較高,目前通過實地考察,根據(jù)用戶需求將云上草原的大風(fēng)閾值設(shè)定為17.2 m/s,當(dāng)云上草原站點(diǎn)(K5170)風(fēng)速超過17.2 m/s時,將實況預(yù)警短信發(fā)送給景區(qū)工作人員。

3.2 短信發(fā)送歷史

從圖3可知,當(dāng)有天氣過程時,該實況短信發(fā)布系統(tǒng)會根據(jù)后臺的地理信息系統(tǒng),將實況預(yù)警短信發(fā)送給該鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)的網(wǎng)格員,并且可以實時更新后臺數(shù)據(jù)庫,當(dāng)閾值達(dá)到第二級時,會將實況短信發(fā)送給該區(qū)域的區(qū)領(lǐng)導(dǎo),當(dāng)閾值達(dá)到第三級時,將實況短信發(fā)送給市領(lǐng)導(dǎo)。

圖3 災(zāi)害性短信發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布?xì)v史

3.3 其他功能模塊

其他功能設(shè)置包括短信發(fā)送鈴聲設(shè)置、人工干預(yù)設(shè)置、發(fā)送歷史設(shè)置3個功能模塊。其中短信發(fā)送鈴聲可以設(shè)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(yù)設(shè)置是當(dāng)短信生成時，可以人工選擇發(fā)送或者不發(fā)送,同時也可以在短信中添加需要的內(nèi)容。發(fā)送歷史設(shè)置是發(fā)送的每條短信都會在后臺存盤,當(dāng)需要天氣復(fù)盤時,可以根據(jù)關(guān)鍵詞或者發(fā)送日期查詢當(dāng)時的短信發(fā)送內(nèi)容和發(fā)送對象。

4 實際應(yīng)用情況

該災(zāi)害性短信發(fā)布系統(tǒng)已經(jīng)在湖州市氣象臺進(jìn)行業(yè)務(wù)測試運(yùn)行,在運(yùn)行過程中,系統(tǒng)的主要功能運(yùn)行良好。在平時業(yè)務(wù)運(yùn)行中，當(dāng)有強(qiáng)烈天氣過程發(fā)生時，能及時向鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)網(wǎng)格員發(fā)送實況短信,特別是在鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)夜間不守班期間,實況短信能直達(dá)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)網(wǎng)格員。例如在2021年“煙花”臺風(fēng)期間,當(dāng)雨量和大風(fēng)達(dá)到閾值時,該系統(tǒng)自動發(fā)送短信給不同鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)的網(wǎng)格員,能對災(zāi)害性天氣進(jìn)行全天候跟蹤預(yù)警,有效提高了工作效率和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

系統(tǒng)測試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)了不足之處。由于有時氣象臺業(yè)務(wù)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(dāng)發(fā)生強(qiáng)天氣過程時,自動撥打主班和領(lǐng)班電話,對其進(jìn)行提醒。

5 結(jié) 語

災(zāi)害性短信發(fā)布系統(tǒng)是市、縣(市、區(qū))氣象局關(guān)注的重點(diǎn)。該系統(tǒng)通過百分位法確定閾值的分布情況以及根據(jù)實際需求,實時調(diào)整閾值。同時根據(jù)梯次化預(yù)警策略,當(dāng)天氣實況發(fā)生在不同鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)、達(dá)到不同級別時發(fā)送給不同人員,有效地提高了氣象部門預(yù)警信息發(fā)布的時效性、精準(zhǔn)性和覆蓋率。隨著科技和氣象現(xiàn)代化發(fā)展水平的不斷提高,各級氣象臺將提供更加及時、準(zhǔn)確的氣象服務(wù)產(chǎn)品,各氣象系統(tǒng)對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)也必將更加巨大。