基于大數(shù)據(jù)環(huán)境下的氣象災(zāi)害預(yù)警信息分析

周 瑩，王承偉，徐 陽，徐占勝

(1.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

我國氣象災(zāi)害占各類自然災(zāi)害的70%以上，氣象防災(zāi)減災(zāi)關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與人民安全福祉。 回眸“十三五”，氣象防災(zāi)減災(zāi)工作以更加貼近人民對美好生活向往的服務(wù)理念、更完善的防災(zāi)減災(zāi)體系、更高的災(zāi)害預(yù)警服務(wù)質(zhì)量、 更強(qiáng)的預(yù)警信息發(fā)布能力，切實(shí)守護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。 因此加強(qiáng)對突發(fā)事件預(yù)警信息的研究分析，明確預(yù)警信息的影響范圍，及時(shí)采取有效的防范措施，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，具有非常重要的意義。

近年來黑龍江省災(zāi)害性天氣的極端性突出，2021年黑龍江省出現(xiàn)了歷史罕見的凌汛、春汛、夏汛相連。4月末開始，全年出現(xiàn)17 次龍卷。11月極端罕見雨雪冰凍天氣，降水量大、范圍廣、多地突破歷史極值，暴雪、凍雨、大風(fēng)等多種災(zāi)害并發(fā)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展， 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用越來越廣泛，氣象數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的一種，數(shù)據(jù)量每年都在持續(xù)增長。 突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)運(yùn)行多年，積累了大量的預(yù)警信息數(shù)據(jù)， 對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，將數(shù)據(jù)中包含的內(nèi)容挖掘出來，讓挖掘出來的信息在防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮更大的作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江省預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量特征

預(yù)警信息發(fā)布的數(shù)量和等級都能夠反映出當(dāng)?shù)氐奶鞖馓卣鳎治鲱A(yù)警信息發(fā)布的情況，可以掌握當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，以及重大天氣、災(zāi)害天氣的發(fā)生時(shí)間和嚴(yán)重程度。 從預(yù)警信息發(fā)布量來看（圖1），近四年預(yù)警信息的發(fā)布正在以每年遞增千余條發(fā)展，2018年黑龍江省發(fā)布預(yù)警信息5515 條，月平均發(fā)布460條， 之后年預(yù)警信息總量和月平均信息量均呈增加趨勢，到2021年全年發(fā)布預(yù)警信息9626 條，月平均802 條。反映了黑龍江極端天氣頻發(fā)，且呈上升趨勢。

圖1 2018-2021年黑龍江省突發(fā)事件預(yù)警發(fā)布數(shù)量

從月預(yù)警信息發(fā)布量來看， 全年出現(xiàn)了2 個(gè)高峰期（4月和11月），其中11月是主高峰期，除2018年外，2019-2021年的11月發(fā)布預(yù)警信息量分別是對應(yīng)年份月平均值的5.8 倍、4.8 倍和2.1 倍。 4月和11月預(yù)警類別主要是大風(fēng)和道路結(jié)冰， 這兩種預(yù)警信息的發(fā)布數(shù)量最多， 最多可以占當(dāng)月預(yù)警信息發(fā)布總數(shù)的72%。 主要原因是這兩個(gè)月黑龍江省處于轉(zhuǎn)換季節(jié)，氣候變化強(qiáng)烈。 而1、2月份預(yù)警信息發(fā)布較少， 主要因?yàn)槁《竟?jié)黑龍江省為單一的冷空氣團(tuán)控制，天氣變化較小，因此預(yù)警數(shù)量、預(yù)警種類均較其它月份偏少。

2.2 預(yù)警信息發(fā)布的等級特征

依據(jù)氣象災(zāi)害可能造成的危害程度、 緊急程度和發(fā)展態(tài)勢一般將預(yù)警信息劃分為四級： Ⅳ級 （一般）、Ⅲ級（較重）、Ⅱ級（嚴(yán)重）、Ⅰ級（特別嚴(yán)重），依次用藍(lán)色、黃色、橙色和紅色表示。

圖2 2018-2021年藍(lán)色預(yù)警逐月發(fā)布情況

圖3 2018-2021年黃色預(yù)警逐月發(fā)布情況

圖4 2018-2021年橙色預(yù)警逐月發(fā)布情況

由2-5 圖可以看到春秋兩季藍(lán)色預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量高于其它季節(jié)， 橙色預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量的高峰出現(xiàn)在夏季。 全年預(yù)警信息發(fā)布情況看，藍(lán)色預(yù)警信息和黃色預(yù)警信息比較常見，分布相對平均，橙色預(yù)警信息年發(fā)布的峰值在7、8月份。 這是因?yàn)?、8月份正值黑龍江防汛的關(guān)鍵時(shí)期， 所以預(yù)警信息種類最多的是雷雨大風(fēng)和暴雨。

圖5 2018-2021年紅色預(yù)警逐月發(fā)布情況

由圖6 看到，七臺河、鶴崗發(fā)布的預(yù)警信息數(shù)量最少；哈爾濱市發(fā)布的預(yù)警信息數(shù)量居首，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地市。 這與哈爾濱市氣候特點(diǎn)相符合，哈爾濱市各個(gè)季節(jié)氣候差異顯著，冬季氣候寒冷干燥，夏季降水充沛，氣候溫?zé)帷?春、秋兩季是由冬、夏季風(fēng)交替影響，氣候多變，春季多大風(fēng)，降水少，秋季降溫劇烈。

圖6 2018-2021年黑龍江省各地市預(yù)警信息發(fā)布情況

2.3 重大天氣過程預(yù)警信息發(fā)布情況分析

預(yù)警信息的發(fā)布數(shù)量與重大天氣過程息息相關(guān)， 發(fā)布預(yù)警信息是為了預(yù)防和減少自然災(zāi)害等突發(fā)事件的發(fā)生， 減輕和消除突發(fā)事件引起的嚴(yán)重危害。 作為預(yù)警信息發(fā)布的權(quán)威部門，出現(xiàn)重大的天氣過程，提前發(fā)布預(yù)警信息，及時(shí)為地方政府服務(wù)是氣象部門的重要職責(zé)。

2.3.1 2020年“三連臺”預(yù)警信息發(fā)布情況分析

2020年黑龍江省連續(xù)迎來三個(gè)臺風(fēng)，“巴威”、“美莎克”、“海神”。 “三連臺”成為黑龍江有氣象記錄以來的首次，降水量為179.6 mm，為1961年以來歷史同期第一多。 期間通過突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)共發(fā)布預(yù)警信息659 條，其中暴雨預(yù)警220 條，大風(fēng)預(yù)警405 條，大霧預(yù)警6 條，冰雹預(yù)警5 條，雷雨大風(fēng)預(yù)警9 條，雷電預(yù)警2 條，中小河流洪水氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警6 條，山洪災(zāi)害預(yù)警3 條，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警3 條。

2.3.2 2020年11月17-20日暴雪天氣過程

2020年11月17日黑龍江省出現(xiàn)暴雪天氣過程，到19日20 時(shí)，哈爾濱市主城六區(qū)累計(jì)降雪量基本超過20 mm，平房區(qū)個(gè)別站點(diǎn)達(dá)45.4 mm，積雪深度20 cm 以上。 跟歷史同期相比，個(gè)別站點(diǎn)可能突破歷史極值，達(dá)到1961年以來的歷史第一位。 數(shù)據(jù)顯示，在此期間共發(fā)布預(yù)警信息352 條，其中暴雪預(yù)警149 條，道路結(jié)冰預(yù)警146 條，大風(fēng)預(yù)警56 條。 發(fā)布紅色預(yù)警信息60 條。 這是近三年來一個(gè)天氣過程發(fā)布紅色預(yù)警信息數(shù)量最多的天氣過程。 具體預(yù)警發(fā)布情況詳見圖7。

圖7 2020年11月暴雪天氣過程預(yù)警信息分布圖

2.3.3 2021年11月5-11日凍雨天氣過程

2021年11月黑龍江省出現(xiàn)凍雨天氣過程，凍雨這種天氣現(xiàn)象在黑龍江屬歷史罕見， 且過程持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、降雪量大、災(zāi)害種類多，有凍雨、濕雪、暴風(fēng)雪、道路結(jié)冰、電線積冰、低能見度等災(zāi)害性天氣。 部分地區(qū)降水量可能接近或突破歷史同期極值。 期間通過突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息568 條，發(fā)布暴雪預(yù)警146 條，道路結(jié)冰預(yù)警247 條，大風(fēng)預(yù)警111 條，寒潮預(yù)警33 條，大霧預(yù)警31 條。

從一些重大天氣過程預(yù)警信息的發(fā)布情況看，暴雨天氣過程常常會(huì)有雷雨大風(fēng)、 大風(fēng)等預(yù)警信息同時(shí)發(fā)布，暴雪天氣過程會(huì)有道路結(jié)冰、大風(fēng)、寒潮等預(yù)警信息同時(shí)發(fā)布， 這說明預(yù)警信息的類別有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。

2.4 典型天氣預(yù)警信息統(tǒng)計(jì)

黑龍江突發(fā)事件預(yù)警信息的發(fā)布是保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全， 有效減輕災(zāi)害性天氣危害的重要手段。 典型預(yù)警信息發(fā)布情況的統(tǒng)計(jì)、分析，對突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布工作的進(jìn)一步發(fā)展有指導(dǎo)作用。

2.4.1 大風(fēng)預(yù)警信息統(tǒng)計(jì)分析

黑龍江省夏季降水充沛，冬季干燥少雨，全年大風(fēng)天氣日數(shù)多， 在所有預(yù)警信息種類中大風(fēng)預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量最多， 從2018-2021年間大風(fēng)預(yù)警信息發(fā)布量和占全年預(yù)警信息總量的比例均呈逐年增加趨勢。 2018年發(fā)布大風(fēng)預(yù)警1535 條，占全年預(yù)警信息總數(shù)的27.83%，到2021年發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信息增加到3181 條，占比全年預(yù)警信息總數(shù)也增加到33%。

在汛期大風(fēng)預(yù)警信息仍然占有主要位置，2019年汛期齊齊哈爾發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信息108 條， 占同期全省大風(fēng)預(yù)警信息的21%。 2020年汛期哈爾濱市發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信息250 條， 占同期全省大風(fēng)預(yù)警信息發(fā)布的29%(圖8)。

圖8 (a)2019年(b)2020年5-8月黑龍江省大風(fēng)預(yù)警信息分布圖

2.4.2 暴雨預(yù)警信息統(tǒng)計(jì)分析

由于夏季降水充沛， 每年5-8月是黑龍江防汛的關(guān)鍵時(shí)期，2019年汛期發(fā)布的主要預(yù)警信息種類有大風(fēng)預(yù)警517 條，暴雨預(yù)警信息692 條。2020年汛期發(fā)布的預(yù)警種類主要是，大風(fēng)預(yù)警信息883 條，雷雨大風(fēng)預(yù)警信息694 條，暴雨預(yù)警信息492 條。 近兩年暴雨預(yù)警信息主要集中在黑龍江省中西部地區(qū)，哈爾濱、黑河、綏化發(fā)布的暴雨預(yù)警信息較多(圖9)。

圖9 (a)2019年(b)2020年5-8月黑龍江省暴雨預(yù)警信息分布圖

3 討論

針對黑龍江省預(yù)警信息發(fā)布情況的研究表明，預(yù)警信息發(fā)布逐年遞增； 一次大范圍的天氣過程會(huì)發(fā)布300 條以上的預(yù)警信息； 預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量最高的月份，預(yù)警種類不一定多；預(yù)警種類最少的月份為冬季；預(yù)警信息發(fā)布最多的類別是大風(fēng)；汛期以大風(fēng)、暴雨等預(yù)警信息為主。

春季大風(fēng)預(yù)警信息最多，其次是道路結(jié)冰、森林火險(xiǎn)、寒潮等預(yù)警信息，春季氣象服務(wù)需要提示森林草原防火和春耕、春播等。

夏季預(yù)警信息發(fā)布種類以雷雨大風(fēng)、暴雨、大風(fēng)預(yù)警信息為主，夏季氣象服務(wù)需注意強(qiáng)對流天氣，易發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、大風(fēng)(龍卷)等氣象災(zāi)害，由于降水集中，需重點(diǎn)關(guān)注強(qiáng)降水對中小河流、水庫塘壩和低洼地的影響， 同時(shí)需防范強(qiáng)降水引發(fā)的局地洪澇、城市內(nèi)澇等災(zāi)害，及各種極端天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、公眾安全等帶來的不利影響。

秋季預(yù)警信息發(fā)布種類多達(dá)14 種，是預(yù)警發(fā)布種類最多的季節(jié)，以大風(fēng)、道路結(jié)冰、寒潮預(yù)警為主，氣象服務(wù)主要提示秋收天氣提示、森林火險(xiǎn)、交通安全等等。

冬季是預(yù)警信息發(fā)布種類最少的季節(jié)， 以道路結(jié)冰、暴雪、寒潮、大風(fēng)預(yù)警種類偏多，這類預(yù)警信息發(fā)布時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)道路濕滑、有結(jié)冰，風(fēng)力較大、能見度差等，氣象服務(wù)需要提示防范暴雪、大風(fēng)、寒潮天氣對交通運(yùn)輸、公眾出行、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等影響。

4 小結(jié)

本文統(tǒng)計(jì)分析了近三年黑龍江省預(yù)警信息發(fā)布的情況發(fā)現(xiàn)：

（1）預(yù)警信息發(fā)布呈現(xiàn)逐年遞增的特點(diǎn)。

（2）年預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量存在兩個(gè)峰值，分別是4月和11月。

（3）預(yù)警信息發(fā)布數(shù)量最多的是大風(fēng)，其次是道路結(jié)冰。

（4）秋季預(yù)警發(fā)布種類最多，達(dá)14 種，冬季最少。

（5）在一個(gè)天氣過程中發(fā)布的不同預(yù)警信息類別之間具有關(guān)聯(lián)性。