基于GIS的西安城市强降水内涝预报预警系统

介绍西安城市强降水内涝气象预警系统的技术路线、原理及业务流程。该系统基于本地化的城市内涝仿真模型,以城区加密自动站、多普勒雷达降水估算、数值预报产品、主观预报等作为实况和模拟用的降雨边界条件,并结合西安市地理地貌特征、城市规划、排水系统特征、排水规则、防洪工程等多方面的非气象资料建立而成,具备一定的内涝动态监测预报能力,对拓展城市灾害预报服务领域,提高城市气象服务水平具有一定的作用。     

南宁市暴雨内涝监测预警系统

利用多普勒雷达产品、精细化数值预报产品和城市密集自动雨量观测站数据,以内涝积水模型和内涝风险等级划分原理为核心,研发精细化到街区的南宁市暴雨内涝监测系统,实现城市内涝的实时监测、提前预警和风险预估,并将内涝预警信息以多种途径发布;将该系统用于2015年5月4日的短时强降雨造成城市内涝过程,验证结果表明:模拟结果与观测结果基本相符,最大积水深度和位置基本一致,但个别点存在两者异常偏大情况,排水管网初始场数据不完善是导致模拟结果产生异常的主要原因。应用结果表明,该系统具备一定的暴雨内涝动态监测预报能力,对提高对城市暴雨内涝灾害的监测预警和风险评估水平起到了一定作用。     

极端暴雨威胁下的城市内涝风险预警系统研究

传统内涝风险预报系统多基于单一降雨产品驱动城市水文水动力模型的模式,难以解决由于暴雨观测或数值模拟带来的不确定性问题。综合利用多源降雨（雷达、地面雨量计,地面雨滴谱）、积水观测数据,有利于提高内涝预报精度,改善风险空间描述。因此,为了进一步加强洪涝预测能力以更好地应对极端暴雨威胁,本研究提出了基于综合观测的城市内涝风险预警系统,并在北京市清河流域进行了初步实践和检验。该系统包含六个模块,融合了新兴的降雨积水观测技术,引入了主流的降雨临近预报方法,采用了成熟的城市雨洪模拟手段,可为道路交通提供实时的积水深度和风险等级,为城市内涝灾害应急管理提供内涝风险预测和预警产品。     

基于高时空分辨率降水预报产品的城市内涝预警研究

使用高精度高程、路网、河网、排水管网、工程设施以及防洪调度等数据,将各类空间信息剖分为7 287个无结构不规则网格及相应通道,并针对城市立体化交通设施,对模型进行调参,最终构建了合肥城市暴雨内涝数值模型。采用城市地表、明渠河道、排水管网等主要水文水动力学物理过程,模拟积水深度及演进情况。在此基础上,将短时临近预报系统INCA (Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis)的降水估测产品和降水预报产品(空间分辨率1 km,时间分辨率1 h)作为驱动条件,得到未来6 h逐时的积水深度预报及内涝风险预警产品。研究结果表明:城市内涝模型对积水深度及积水演进过程的模拟和实况较为吻合,体现出对河网、路网、社区积水良好的模拟能力。对2017年8月25日合肥西南部严重内涝过程的检验表明,积水深度预报效果很大程度上依赖INCA的降水预报质量,对于短时强降水,INCA在临近时效预报效果相对较好,因此积水深度预报产品可在临近时效内较为准确的预报积水区域以及积水变化过程。可见利用高时空分辨率降水预报产品和城市暴雨内涝数值模型耦合制作内涝风险预警,可有效增加内涝灾害的预见期,为城市防涝减灾提供科学参考。     

驻马店市暴雨天气监测预警系统研究

在分析暴雨天气过程形成的环流形势、物理量场、卫星云图特征及雷达回波特征的基础上,建立了驻马店市暴雨天气监测预警系统.该系统主要包括短期、短时、临近3种预报(预警)时效,低涡、切变、低槽、台风4类影响系统共12套预报(预警)模型.经2005-2008年应用,暴雨短时预报准确率达87.1%.     

呼和浩特城市内涝预报系统研究

文章以天津市城区内涝仿真模型为基础,结合呼和浩特市地形地貌特征、城市规划和城市排水现状对模型数据结构和概化方式进行了改进,建立了呼和浩特城市内涝预报系统,模式对2004-2005年两次强降雨过程进行模拟,计算结果与实际积水区状况非常接近.     

城市雨水利用在区域规划环评中的可行性分析

使用高精度高程、路网、河网、排水管网、工程设施以及防洪调度等数据,将各类空间信息剖分为7 287个无结构不规则网格及相应通道,并针对城市立体化交通设施,对模型进行调参,最终构建了合肥城市暴雨内涝数值模型。采用城市地表、明渠河道、排水管网等主要水文水动力学物理过程,模拟积水深度及演进情况。在此基础上,将短时临近预报系统INCA（Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis）的降水估测产品和降水预报产品（空间分辨率1 km,时间分辨率1 h）作为驱动条件,得到未来6 h逐时的积水深度预报及内涝风险预警产品。研究结果表明：城市内涝模型对积水深度及积水演进过程的模拟和实况较为吻合,体现出对河网、路网、社区积水良好的模拟能力。对2017年8月25日合肥西南部严重内涝过程的检验表明,积水深度预报效果很大程度上依赖INCA的降水预报质量,对于短时强降水,INCA在临近时效预报效果相对较好,因此积水深度预报产品可在临近时效内较为准确的预报积水区域以及积水变化过程。可见利用高时空分辨率降水预报产品和城市暴雨内涝数值模型耦合制作内涝风险预警,可有效增加内涝灾害的预见期,为城市防涝减灾提供科学参考。

     

河北省廊坊市城市积涝动态预报预警系统研制

结合廊坊城区地形地貌、市政工程、排水设施现状等,应用二维非恒定流基本方程和一维明渠非恒定流方程算法,构建城市积涝模型,结合区域自动站雨量实时监测数据、数值预报和预报员主观精细化降水预报,建立廊坊城市积涝动态预报预警系统,可实时估算、预报城市积水深度、积水时间等,预报并进行了业务试运行。系统以2012年7月21日廊坊市特大暴雨引起的城市积涝过程为例对系统进行了验证,结果表明：预报积水深度与实际积水情况比较接近,预报结果对城市防洪减灾有指导意义。     

基于WebGIS的祁县地质灾害预报预警系统研究

给出了山西省祁县地质灾害预报预警信息系统的实现方法。根据祁县国土局每年对本区域内各地质灾害发生点地质灾害要素的统计,以祁县县城及周边区域为研究对象,判定本区域内不同地段滑坡地质灾害发生的可能性,并分析地质灾害与对应的气象观测要素数据关系,根据当日强降水型和连续降水型方面的研究结果,将导致地质灾害发生概率的因素做分级量化处理,建立适合祁县本地区特点的地质灾害预报预警评估算法模型。在此研究基础上,构建地质灾害统计要素——气象观测要素数据库,设计并实现基于C/S与B/S相结合的Web GIS地理信息系统对地质灾害区域的实时监控,系统可对地质灾害的发生做出及时、准确的预警。通过调整完善气象观测要素影响值,修正预警区域和灾害等级计算方法,地质灾害点落入预报区比例从49%增加到69%,2011—2015年,系统对地质灾害的预报预警成功率达到了83%以上,满足了业务应用的需求。     

广州城市大气环境监测系统建设的探讨

根据WMO城市气象观测指南,在充分考虑广州城市结构和局地气候特征的基础上,针对广州高温高湿的天气特征,利用现有大气探测体系,结合广州实际情况和气象部门特点,提出建立一套布局合理、密度适宜、技术先进的城市大气环境监测系统,试图实现城市大气环境的预报预警服务。     

基于智能计算的广西大风短临预报预警系统的产品检验

利用机器学习和人工智能技术研发了广西大风短临预报预警系统,该系统的产品与同期广西各地气象局发布的大风预警信号(以下简称“人工预警”)进行比较分析。结果表明:(1)按业务评分规定,大风预警系统在漏报率和命中率方面更优,人工预警在TS评分和空报率方面更优;(2)有效提前预警情况下,大风预警系统在大风蓝色、黄色预警和不分级预警中TS评分较高。基于对大风预警系统和人工预警的数量、TS评分和预警提前量的差异分析,广西大风短临预报预警系统的产品性能达到同期人工预警水平。     

北京市暴雨积涝风险等级预警方法及应用

使用2007—2010 年汛期(6—8 月)北京市200 多个自动气象站逐小时降雨量数据、北京市政府防汛抗旱指挥部办公室每日发布的汛情通报、北京市暴雨积涝综合风险区划指数以及降雨量短时临近预警产品,对北京市出现的积水个例与同期降水强度进行相关统计分析,找出道路积水临界预警指标;基于北京市暴雨积涝综合风险区划指数和道路积水临界预警指标,建立暴雨积涝风险等级预警模型,制作暴雨积涝风险等级预警服务产品,该产品经2011—2012 年汛期(6—8月)试用表明,道路积水临界预警指标和预警模型均具有一定的参考价值。     

预警信息在电视渠道发布的播控系统研发与应用

利用Python、Php及多线程技术,对省突发事件预警信息发布系统现有的多渠道预警发布手段进行扩充完善,基于LAMP平台构建电视渠道预警信息插播系统.结果表明,系统可以纵向对接广西突发事件预警信息发布系统的数据及产品,横向连接中国天气频道播出系统,实现预警信息的抽取、清洗、解析、存储及转换,能实现预警信息在电视渠道的一...     

自然灾害对公共安全的影响及其监测预警科技发展战略

改革开放以来,我国在自然灾害监测预警的各个环节均取得了可喜的发展,对减轻灾害损失、保障人民生命财产安全和社会稳定繁荣发展发挥了重要作用。但仍需清醒地认识到,在灾害规律演变、社会经济发展的新形势下,各类自然灾害对国家公共安全仍存在很大的威胁;我国目前灾害监测预警能力与国家防灾减灾“三个转变”需求以及国际先进水平相比仍存在较大差距。因此,本文简要论述了气象、海洋、地质、地震、生物五大自然灾害对国家公共安全的影响,并根据我国目前监测预警状况和存在问题,提出未来5～10 a我国自然灾害监测预警科技发展战略要从加强预测预报基础理论研究、提升综合监测能力、构建高效自然灾害预警系统以及发展减灾避灾和救灾技术四个方面着手推进。     

蓄满-超渗兼容模型与神经网络模型的应用对比研究

利用鲇鱼山水库1975-1999年的小时降雨、蒸发和入库洪水资料,对建立的蓄满一超渗兼容模型与人工神经网络模型参数进行了率定和检验。分析结果表明,整体上两个模型的率定和检验结果都在评定精度以内,合格率分别为72．22％与83．33％,具有一定的可靠性与预测性。蓄满-超渗兼容模型在整体流量相对误差上要优于神经网络模型;在单场洪水过程及洪峰误差与峰现时差上,神经网络模型模拟得更准确。因此,蓄满-超渗兼容模型较神经网络模型更具有水文基础及物理意义,并且可以作中长期预报。     

基于Catboost和Stacking融合模型的 长江中下游短时临近降水预报研究

用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水量网格数据集、全球预报系统(Global Forecasting System, GFS)模式再分析资料,将机器学习特征算法筛选的特征变量作为模型输入数据,运用Catboost模型和以Catboost和随机森林为初级模型、径向基神经网络为次级模型的融合模型预测未来6 h累计降水等级,并应用公平TS评分(Equal Threat Score,ETS)、真实技巧评分(True Skill Statistic,TSS)、混淆矩阵、预报偏差(Bias值)、击中率(Probability of Detection,POD)对预报结果进行检验分析。结果表明:优化变量的输入有利于提高模型的准确率;Catboost模型和融合模型都可以在一定程度上辨别晴雨状况;仅非动力学变量参与的融合模型对雨区预报准确率最高,但容易将暴雨雨区预报得更加广泛。总体而言,融合模型具有更强、更稳定的预报性能,中到暴雨量级预报准确率还待进一步提高。