暴雨大風預警提示與檢驗平臺

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

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

當前，國內(nèi)外關(guān)于暴雨、大風預警提示與檢驗方面的研究主要圍繞預報預警系統(tǒng)、模型與策略展開，而針對預警提示與檢驗的研究較少。其中，謝豐等[1]基于氣象業(yè)務一體化平臺，設計了一套預報預警質(zhì)量檢驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了預報質(zhì)量檢驗、預警信號質(zhì)量檢驗2個主要功能。李爽爽[2]研究了精細化暴雨監(jiān)測預報和風險預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了暴雨精細化預報預警及次生災害預警、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，實現(xiàn)了縣域內(nèi)大風、暴雨、高溫預警信號的監(jiān)測報警。相關(guān)學者基于Web自主研發(fā)自動雨量站監(jiān)控和暴雨預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了市、縣兩級自動雨量站運行狀態(tài)的監(jiān)控，當雨量站雨量達到預設標準或出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動發(fā)送音頻和短信。張長棟等[4]通過Visual C++6.0技術(shù)對氣象數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析、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)控的有效性和及時性。彭浴等[5]采用B/S模式和VS2010開發(fā)了區(qū)域自動氣象站監(jiān)測平臺，實現(xiàn)了對區(qū)域自動氣象站運行狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)的掌握。全國各地關(guān)于暴雨、大風等強對流天氣形勢與檢驗標準有所差異，因此結(jié)合江西省氣候特征，建立縣(區(qū))級暴雨大風預警提示與檢驗平臺十分必要。

基于江西省基層氣象工作實際，對接氣象大數(shù)據(jù)云平臺(“天擎”)和江西省突發(fā)事件預警信息發(fā)布系統(tǒng)(“省突”)，自主研發(fā)暴雨大風預警提示與檢驗平臺，實現(xiàn)了暴雨和大風典型強對流天氣的實況監(jiān)測、預警提示與檢驗功能，在大幅減輕基層氣象工作壓力的同時，預警信號的提前量得到穩(wěn)步提升，進而為氣象服務的精細化、精準化提供技術(shù)支撐。

1 總體設計

1.1 暴雨大風預警提示與檢驗平臺架構(gòu)圖

暴雨大風預警提示與檢驗平臺設計基于Electron桌面應用開發(fā)技術(shù)，過程采用JavaScript編程語言編寫，應用程序由Render進程與Main進程組成，Render進程負責用戶界面的渲染，Main進程負責數(shù)據(jù)的請求和加工處理。Render進程在用戶登錄后進入程序主頁面后，可通過頂部Tab欄切換訪問路徑，實現(xiàn)暴雨/大風預警提示與檢驗子模塊的訪問。Main進程則由“天擎”數(shù)據(jù)模塊、預警短信模塊、省突FTP模塊、文檔導出模塊組成，Main進程與Render進程之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸通過Electron的進程間通信(ipc)實現(xiàn)。平臺架構(gòu)見圖1。

圖1 暴雨大風預警提示與檢驗平臺架構(gòu)圖

1.2 開發(fā)工具及開發(fā)環(huán)境

暴雨大風預警提示與檢驗平臺的開發(fā)基于Windows系統(tǒng)，16 G內(nèi)存、512 GB存儲空間的開發(fā)硬件環(huán)境，8 G或以上內(nèi)存、128 GB以上存儲空間的運行硬件環(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 稱JS)是 基于原型編程、多范式的動態(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用效果。

2 主要功能

暴雨大風預警提示與檢驗平臺的設計旨在實現(xiàn)暴雨/大風天氣的實況監(jiān)測、預警信息發(fā)布提醒以及檢驗一體化，在實現(xiàn)預警信息提前量提升的同時，大幅減輕基層氣象工作壓力。暴雨大風預警提示與檢驗流程見圖2，主要包括暴雨/大風監(jiān)測預警與提示、暴雨/大風預警發(fā)布、暴雨/大風預警檢驗3個部分。

圖2 暴雨大風預警提示與檢驗流程圖

2.1 暴雨/大風監(jiān)測預警與提示

暴雨/大風監(jiān)測預警與提示功能模塊對接“天擎”中的暴雨/大風數(shù)據(jù)，設定分鐘定時輪詢，可實現(xiàn)所在縣(區(qū))域內(nèi)所有站點數(shù)據(jù)實時反饋至平臺界面。用戶僅需設置暴雨/大風預警閾值(往往小于實際預警值)，分鐘定詢數(shù)據(jù)在后臺處理修飾后與預警閾值進行比對。若達到閾值標準，平臺主界面將自動彈窗并發(fā)出警報，提醒用戶根據(jù)實況及時發(fā)布對應預警信息，達到暴雨/大風天氣實況的監(jiān)測與預警提示的目的(圖3)。

圖3 暴雨/大風天氣實況監(jiān)測與預警提示

此外，平臺支持數(shù)據(jù)存儲、回讀以及查詢等功能，當某次過程來臨時，可實時觀測暴雨/大風等實況數(shù)據(jù)。與此同時，當過程消失時，可通過預設時間對任意時間暴雨/大風數(shù)據(jù)進行回讀、查詢，過程中發(fā)布的任一級別的暴雨/大風預警也可在相應的模塊分支中實現(xiàn)滾動瀏覽。

自動彈窗警報根據(jù)暴雨/大風實況分類預警提示，根據(jù)暴雨/大風實況與用戶使用習慣分別設定始終發(fā)出警報聲、始終不發(fā)出警報聲、10 min內(nèi)不發(fā)出警報聲以及30 min內(nèi)不發(fā)出警報聲。

2.2 暴雨/大風預警信息檢驗

暴雨/大風預警檢驗功能模塊基于主進程省突FTP模塊和“天擎”數(shù)據(jù)模塊，用戶在界面篩選需要檢驗的預警，Render進程將條件傳至主進程，主進程通過省突FTP模塊獲取對應的預警后，針對每條預警獲取相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，通過預設的算法進行預警有效性檢驗和評分，最后通過文檔導出模塊將檢驗好的預警導出，實現(xiàn)暴雨/大風預警信息檢驗。

暴雨/大風預警信息檢驗算法基于中國氣象局預報與網(wǎng)絡司發(fā)布的《氣象災害預警信號質(zhì)量檢驗辦法(試行)》，結(jié)合江西省氣象局科技與預報處《關(guān)于開展暴雨、大風預警信號有效性檢驗的通知》，包含強對流天氣和冷空氣實況造成的暴雨/大風預警信息的檢驗。

2.3 實況雨情/風情報告制作

實況雨情/風情報告制作功能模塊基于“天擎”中暴雨/大風數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對某縣(區(qū))域特定時間段的雨情/風情快速統(tǒng)計，并形成可視化的規(guī)則Excel報告文件，報告直觀呈現(xiàn)了該時間段全域站點的降水和大風實況。

3 案例分析

3.1 一次暴雨天氣實況預警與檢驗

2022年11月26—28日，受強冷空氣南下影響，江西撫州市有一次較明顯的對流性降水天氣過程，其中廣昌縣域出現(xiàn)暴雨和強雷電天氣。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、新建村3個站點在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，達到暴雨橙色預警等級(圖4)。

圖4 2022年11月27日08:00廣昌縣域暴雨實況

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

圖5 2022年11月26日00:00至28日00:00廣昌縣暴雨預警檢驗表

3.2 一次大風天氣實況預警與檢驗

2023年4月18日，受17—18日強對流天氣影響，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級以上雷暴大風并受到暴雨侵襲。截至4月18日12:00前24 h，黎川縣有5個站點陣風(小時極大風速)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國家站點。其中，最大小時極大風速出現(xiàn)在日峰燎源(18.7 m/s)，達到大風藍色預警等級(圖6)。

圖6 2023年4月18日12:00至19日12:00黎川縣域大風實況

據(jù)悉，黎川縣氣象臺通過大風實況監(jiān)測，于4月18日發(fā)布大風藍色預警，18日17:50黎川縣本級國家站達到預警閾值且為14.1 m/s，經(jīng)暴雨大風預警提示與檢驗平臺大風實況分析，此次過程成功命中大風藍色預警，準確預警時間提前量(T1)、預警時間提前量(T2)以及有效預警時間提前量(T3)分別為52、52、52 min。通過預警檢驗分析此次過程大風預警有效評分(TS)100(圖7)。

圖7 2023年4月18日12:00至19日12:00黎川縣大風預警信號質(zhì)量檢驗表

3.3 一次強對流天氣實況監(jiān)測

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，并伴有強雷電等對流性天氣。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個站點在12 h內(nèi)降水量超過50 mm，達到暴雨預警等級。

據(jù)悉，根據(jù)23—24日天氣過程預測，廣昌縣氣象臺根據(jù)暴雨大風預警提示與檢驗平臺提示，00:14～02:43持續(xù)關(guān)注暴雨實況(圖8為2023年3月24日00:00廣昌縣域暴雨實況)，開啟強降水“631”風險預警服務，持續(xù)發(fā)布暴雨藍色預警、暴雨橙色預警各1條，減輕業(yè)務人員疲勞監(jiān)控的同時，實現(xiàn)了氣象預警的及時發(fā)布。

圖8 2023年3月24日00:00廣昌縣域暴雨實況

4 小結(jié)

基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺(“天擎”)與江西省突發(fā)事件預警信息發(fā)布系統(tǒng)(“省突”)支撐，包括暴雨/大風預警提示與檢驗兩大功能模塊，結(jié)合基層氣象臺站實況，搭建暴雨大風預警提示與檢驗平臺，通過簡單的人機交互過程即可為基層氣象工作者提供直觀、可視化的暴雨/大風實況，預警發(fā)布提示與檢驗，提高氣象突發(fā)預警信息提前量，大幅減輕了基層氣象工作壓力，為今后氣象精細化服務提供有力的技術(shù)支撐。