杨昱天津市气象服务中心

浅谈城市防灾减灾服务技术

杨昱
天津市气象服务中心

摘要：综合利用现代气象业务和城市气象防灾减灾社区建设工作基础，初步建立城市内涝风险预警服务业务体系，提升以社区为基本单元的气象灾害风险管理和预警信息发布能力，推动城市气象防灾减灾制度化，提高城市气象防灾减灾水平，提高全社会参与气象防灾减灾的力度，为全面推进城市气象防灾减灾体系建设奠定基础。

关键词：防灾减灾；内涝；预警信息

引言

2O世纪9O年代以来，在以全球变暖为主要特征的气候变化背景下，全球灾害明显增多，并以关联性强、破坏性大、范围广、形式多样化的特点，危及人类生命和健康，威胁人类正常生活，破坏公益设施和公私财产，破坏资源与生态环境，威胁到社会的可持续发展[1]。防御气象灾害、保障经济安全，是中国气象事业发展乃至国家经济社会发展面临的重要课题[2]。高温、暴雨、雷电、冰雹和雾（霾）等气象灾害频繁发生，特别是强降水具有突发性、分布不均匀性，由于早期规划失误和防灾减灾基础工程不配套，城市灾害愈来愈多，经济损失和生态环境破坏愈来愈严重。因此通过研究城市防灾减灾综合能力水平，提高城市抵御灾害能力，减轻灾害给城市带来的损失，是一个亟需解决的课题。天津作为沿海城市，城市内涝现象尤为突出，目前城市街道社区气象灾害防御工作仍相对薄弱，组织体系亟需健全，预警信息发布手段和渠道亟需扩展，社区对气象灾害防御和气象预报预警及服务的需求日趋增多，因此，开展城市气象防灾减灾社区建设工作十分必要。

一、建设内容及规模

（一）建设“八有”城市气象防灾减灾社区

在社区开展“有工作场所、有人员配备、有风险评估、有应急处置、有预警手段、有宣传培训、有防灾减灾志愿者队伍、有长效发展机制”的“八有”气象防灾减灾社区建设。

（二）强化城市气象防灾减灾的科技支撑

1.提高城市气象灾害风险预警服务能力

编制城市内涝风险普查技术指南，会同城建、交通、水利、民政等部门重点针对城市交通和易积涝区域，联合开展精细到具体灾害隐患点的暴雨洪涝气象灾害风险普查。

2.提高城市精细化预报预警服务能力

（1）雨量实时检测报警

根据城市气象灾害风险普查结果，按照不同的风险区域和级别计算不同区域、不同隐患点的面雨量信息。针对不同城市内涝风险区域的每个内涝风险隐患点设置面雨量报警阈值，通过自动监测雨量信息即可提供内涝隐患的报警。

（2）雷达定量降水估算报警

以当前业务应用的SWAN定量降水估测产品为基础,针对不同范围内不同类型降水的定量降水估测结果进行系统性的检验，了解估测误差规律，对估测结果进行系统订正。同时在订正的基础上将雷达的降水估测结果用于内涝风险监测工作中，提供基于雷达定量降水估测的格点化的产品结果入库，提高监测预警效率，满足城市内涝风险监控的需求。

（3）城区1公里精细化格点预报

时效6小时、3小时间隔、每天05、08、11、14、17、20、23时滚动更新的常规气象要素预报，内容包括天气现象、风向、风速、最高温度、最低温度、相对湿度、降水概率、等十要素，形成城区网格点的精细化预报产品入库。

（4）城区气象灾害分区预警服务

制作市区暴雨、雷电、冰雹、暴雪、风暴潮等气象灾害预警信号产品，通过邮件、传真、手机短信等方式实现对决策用户和公众的实时发布。

3.提高城市智能化气象服务水平

建立集地理信息、灾害信息等信息于一体，具有气象灾害监测预警、风险评估、信息服务功能的智能化城市气象服务业务系统。

4.提高城市气象预警信息发布能力

建立街道——社区——小区楼栋三级气象灾害预警信息接收与传播组织管理构架，完善信息发布传播“绿色通道”机制，完成重大突发性气象灾害预警信息全媒体的全网发布。

5.强化部门合作和应急联动

加强与民政、水利、水文、国土、应急、卫生、城市运行保障等部门的联动，制定城市重大气象灾害预警联动标准，实现气象灾害应急预案与其它应急预案的对接，提高气象防灾减灾工作效率。

6.推动城市气象防灾减灾社会化发展

建立城市社区气象灾害应急准备认证制度，探索明确政府、企业、社会、公众气象防灾减灾责任义务的有效方式，推动建立社会自发、自下而上的防灾减灾救灾机制。

7.推动城市气象防灾减灾法制化、标准化建设

制定《气象灾害防御条例》和《气象灾害应急预案》的有关内容，同时根据本地特点和需求，继续推动城区气象灾害防御立法工作。

8.完善城市气象防灾减灾政府主导的长效发展机制

完善政府统一领导、综合协调，相关部门各负其责、有效联动的气象防灾减灾组织体系，相关部门分管领导为成员的气象灾害应急指挥部或气象灾害防御领导小组。

9.开展社区气象科普宣传

编写通俗易懂、方便实用的气象防灾社区学习培训教材，借助防灾减灾日、科技日在发放气象灾害防御知识挂图，提高避险自救互救技能。

二、技术特点

建立健全街道/社区气象灾害预警信息接收与传播的网格组织管理制度。

（一）安装水位尺

为方便气象信息员、志愿者和公众将采集的积水数据标准化，我们采用目前在水利上通用的E字型水位米尺，安装在内涝隐患点。

（二）城市内涝风险管理

1.绘制内涝隐患点分布图

加强与水务局排水管理处合作，获取最新市内内涝积水点分布图以及历次内涝灾情数据，绘制市区内涝隐患点分布图。

2.科学确定内涝致灾临界（面）雨量

每一区域积涝的致灾临界降水条件都不同，当排水条件发生变化时，应根据最新的城市内涝普查资料确定致灾临界降水条件。

（三）内涝风险预警服务体系建设

1.建立应用数值预报产品、雷达估测、预测降水产品的城市暴雨内涝监测预报系统

（1）将雷达估算降水技术用于内涝模型

研制项目针对暴雨监测开发的雷达定量估测降水系统（QPEGS）与城市面雨量计算的接口，雷达资料采用天津多普勒天气雷达基数据资料，降水资料为天津地面观测自动站降水量资料。采用雷达默认Z-I关系（Z=300I1.4）将回波强度值转换成降水强度，再通过累积分别得到6分钟和1小时尺度的雷达估算降水量资料。用4种校准方法得出降水估算产品，包括VAR（变分方法），OPT（最优插值），KLM（卡尔曼滤波），KOP（卡尔曼滤波和最优插值综合产品）。降水估算产品是480×480格点的等1km间距降水数据，雷达站的中心坐标为，经度39.044o,纬度117.725o。通过下面两种插值方法，将雷达估算降水资料插值到计算网格上，获得更加精确的面雨量信息。

建立模型与SWAN雷达估算降水产品QPE、QPF的接口。

（2）对应用QPEGS的不同估算降水产品计算的城市面雨量的合理性进行评估。

（3）研发雷达估算降水产品与数值预报产品的接口，即利用雷达估算降水产品，相对应时刻的数值预报降水产品进行订正，实现业务化自动运行。

将雷达估算降水与数值预报降水产品计算的面雨量带入城市暴雨内涝模型，通过模拟得出计算域内的最大水深、过程水深等变量，用于WEBGIS的城市暴雨内涝显示平台。

2.建立基于WEBGIS的城市暴雨内涝显示平台

将WEBGIS技术用于平台设计，将地理数据扩展为分布式的、超媒体特性的、相互关联的数据，并实现了多源降水实况与预测、城市暴雨积水模拟与预测、灾情评估为一体的综合显示功能。主要内容包括:

（1）编制老系统与新系统的数据转换程序；

（2）研发社区内涝精细化预报评估技术

利用DEM数据与模型网格的平均高程计算高程差，如（1-4）式。

利用高程差和模型网格的平均水深，细化社区积水深度。

例如，对于任意一个模型网格，假设在这个网格中有n个DEM栅格，设每个栅格的水深为hi，模型网格的水深为h，每个概化的网格的高程为DEMi，模型网格的平均高程为-------DEM，则：

（3）编制基于WEBGIS的城市暴雨内涝监测、预测、预警平台显示程序，功能包括：

显示降水实况信息；

显示降水预测预警信息；

显示最大积水深度、积水随时间变化和内涝风险等级信息；

3.城市气象指数、生活指数和健康指数及等级划分

制作20种城市气象指数、生活指数、健康指数预报业务产品，确定等级划分标准、气象条件、强度、防护措施、提示或服务用语等。

（四）城市精细化预报预警技术

1.实时雨量监测计算面雨量

（1）基于站点的逐10分钟的当前小时累积面雨量计算

首先按照城市气象灾害风险普查结果，针对不同的风险区域选取对应范围内所包含的自动站实时监测数据。对风险区内涝点相关的自动站雨量进行累积，计算得到该风险区当前时次的1小时累积雨量。采用算术平均法或者权重分配法计算风险区内所有的雨量值作为该区的面雨量情况。

（2）基于站点的整点的24小时累积面雨量计算：

提取自动站的整点的小时雨量，统计之前24小时内的累积雨量，通过算术平均法,计算得到各区范围内对应的站点的24小时累积雨量的平均值作为面雨量。

2.雷达定量降水估算网格产品

范围为市内，提取基于SWAN的逐小时雷达定量降水估算QPE的网格结果，网格精度保证为1公里。1小时QPE产品每6分钟更新一次，每20分钟打包传送一次，所有产品都提供到数据库，供科研所使用。

3.制作城区1公里精细化格点预报产品

（1）读取人工订正后的乡镇精细化站点预报产品

每天05：00、08：00、11:00、14:00、17:00、20:00、23：00读取市区短临精细化业务平台中基于wrf的人工订正后的0-3和3-6小时格点预报产品，包括天气现象，3小时最高气温和最低气温，灾害天气等十要素。

（2）建立预报区域网格

确定网格范围：找出一矩形区域（5m*5n），确保这一矩形区域能覆盖城区范围；在矩形区域内划分为（m+1）×（n+1）个网格，网格分辨率为1km×1km；确定各个网格的经度、纬度；将格点进行编号：从1一直到（m+1）×（n+1）。

（3）将粗格点预报插值为1公里的精细化格点数据

天气现象：无法利用插值解决，选取与该格点距离最近的站点的天气现象作为该格点的天气现象；

（4）逐3小时定量降水格点数据插值

逐3小时定量降水格点数据插值为逐小时，插值方法采用线性非线性结合的方法，格点数据入库，制作城区灾害落区精细化预警产品。

（五）城市气象灾害预警信息发布

1.城市气象防灾减灾社区气象服务产品制作平台

开发建设精细化社区气象预警服务产品制作平台，首先提供开发该制作平台的各部分模块名称、框架结构图和相应的电子文档、各模块所提供的数据源信息及接口数据源信息所存储的位置即提供服务器的IP地址、用户名和密码。

2.开发城市气象预警信息显示平台

该平台主要用于社区气象信息服务站使用，其中包括社区概况、地理位置特点及人员信息等。

本系统软件相互独立，子系统间数据交换全部通过信息基础数据库完成。逻辑上划分为三个层次，由上至下依次为应用层，服务层，数据层。

通过一键式发布气象预警信息的技术能很好的与该显示平台对接，所发布的预警信息能够及时的显示在该平台上面大大节省人工干预的工作，做到预警信息及时、有效准确更好的解决最后一公里问题。

总体数据流程

预警信息发布的总体流程为：接收预警信息→处理预警信息→信息存储→发布预警信息→运行监控→信息反馈。

3、结束语

当今社会，城市化进程加快，城市的增加速度和城市人口、经济聚集的速度都是前所未有的。也正因为如此，城市必然成为防灾减灾的重点区域。城市防灾减灾体系的建立必须与城市建设同步协调发展，必须在城市规划中增加防灾减灾内容，在城市基础设施建设中重视防灾减灾要求，才能科学合理的规划城市。同时还要整合现有社会防灾减灾资源，提高综合防灾减灾协调能力和救援效率，推广防灾减灾安全知识，建立重特大灾害事故的防控机制，是政府和相关部门义不容辞的责任，是构筑和谐社会实现可持续发展的根本保证。

参考文献：

[1]周云，李伍平，浣石，等.防灾减灾工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：3-25.

[2]高庆华，刘惠敏.自然灾害综合研究的回顾与展望[J].防灾减灾工程学报，2003，23(1)：97—101

作者简介：杨昱（1963-），男，天津人，本科，工程师，研究方向：计算机应用。