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。     

SWAN2.0系统的设计与实现

强对流天气短时临近预报系统（Severe Weather Automatic Nowcasting,SWAN）是面向短时临近监测、分析、预报、预警制作等功能为一体的业务平台。SWAN2.0基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）二次开发框架,采用C/S架构,服务器部署在省级,负责收集数据,运算SWAN产品;客户端部署在气象台站,实现具体的预报业务,并形成算法二次开发接口。SWAN2.0新增了三维变分风场反演、基于分雨团技术的雷达降水估测、冰雹识别等方法,实现了算法管理、产品生成、分析处理、资料检索显示、实时监控报警、预警产品制作等功能。SWAN2.0业务系统已在全国试用,在强对流天气监测、分析和短时临近预报预警中发挥了重要作用。     

临沂冰雹发生规律及预警技术研究

利用常规观测资料和多普勒雷达探测资料,对临沂地区冰雹的时空分布特征、冰雹天气的预警参数和指标进行分析研究。结果表明:20世纪60-80年代是临沂冰雹高发期,90年代后明显减少,下降趋势十分明显。5-6月是临沂降雹最集中的时段。山地和丘陵地区降雹频次明显比平原地区的高。发生冰雹天气与环境参数有密切关系,出现大冰雹过程要求更为适宜的0℃层高度,在强垂直风切变环境下出现大冰雹的可能性更大。大部分地面开始降雹都是在C-VIL跃增后2~3个体扫和强反射率因子核心快速下降之时,这两个特征在冰雹预报预警工作中有一定的参考价值,对于冰雹预警的发布具有10~20 min的时间提前量。强回波中心最大值及其所在高度和有界弱回波区BWER或弱回波区WER的范围等都是判断降雹潜势的关键指标。季节性的预警指标在实际业务工作中有一定的参考价值,能够有效提高冰雹预警的准确率。     

基于智慧气象的数据接口的实现

物联网、云计算、移动互联、大数据等新一代智能技术的迅猛发展,为智慧气象产品提供了技术支撑。由于气象信息系统数据类型多种多样,且来自多个部门、跨越多个系统平台,数据结构和格式也不相同,因此数据读取与处理是一项异常复杂的工程。为了解决该问题,开发了基于智慧气象的气象服务数据接口。基于智慧气象的数据接口,具有跨平台性、良好的响应速度、通用的数据交换格式,可使各种应用之间相互通信,并能创建新的应用。基于智慧气象的气象服务数据接口为RESTful风格,返回格式为JSON。数据接口的开发采用JAVA语言,基于Spring MVC+Spring Security Oauth2开发框架实现。数据存储采用Oracle数据库,分为冷、热两种数据。客户端对数据接口的访问,采用HTTP GET的方式发出数据请求,访问服务资源地址,获得JSON格式的数据返回结果。为加强数据接口访问的安全性,采用HTTPS POST方式访问授权接口获取访问令牌。基于智慧气象的数据接口,已为微信、微博、手机APP、网站等多个系统及保险公司、市政等多个单位提供数据支撑,且气象服务数据接口系统安全性高,具有较好的用户体验和兼容性。     

南四湖湖泊湿地生态环境预警研究

基于南四湖近30 a来多源遥感影像、土地利用、环境监测和实地调查数据,选择1982年、1992年、2002年和2012年4个时间断面,从湿地组织结构、整体功能和社会经济3个方面选取指标,从无警、轻警、中警、重警和巨警5个级别划分警度,采用多级模糊综合评价法进行警度评价,并运用BP神经网络模型对未来10 a警度发展进行预测,研究结果表明：① 南四湖湿地生态环境现在处于重警状态,农业化肥、农药污染和工业污染物排放是主要的警报来源;② 近30 a来南四湖湿地整体生态环境处于不断恶化趋势,社会经济指标恶化趋势明显,未来10 a各项指标和整体预警度均呈下降趋势,整体水平达到中警状态,社会经济投入的增加是重要影响因子;③ 近10 a环境恶化速度比前20 a有所减缓,社会经济指标恶化速度较快,人类活动的负向干扰仍大于正向干扰。     

国内设施种植气象灾害研究进展

设施种植的主要气象灾害有低温（冷冻害）、寡照、风灾、雪灾及其复合灾害等,从国内设施种植气象灾害指标、灾害监测预警、灾害风险及灾害影响等方面对前人研究成果和进展进行归纳总结。灾害指标的研究所采用的方法主要是人工控制试验或对历年实际发生的灾害样本进行分析总结;灾害监测预警方法一般是用设施内小气候或设施外气象条件作为灾害指标,将灾害指标植入计算机系统,对灾害进行监测预警;风险评估多是从灾害的危险性角度去研究,确定灾害的风险概率、风险指数等;灾害影响的研究多集中在对作物生理生态反应等方面。同时从设施种植气象灾害研究存在的薄弱环节出发,提出设施种植气象灾害指标、灾害监测预警评估方法及灾害的影响等方面仍是今后一段时间研究的重点和热点。     

基于智能物联网技术的天津城市积水监测预警系统

通过智能物联网技术实时获取积水监测实况数据,利用天津市气象精细化格点预报产品和城市自动雨量观测站实况数据,以机器学习、神经网络模型和天津市城市内涝风险等级划分原理为基础,研究基于用户实时位置的城市内涝预报预警技术,研发天津市城市自动化积水监测预警系统。结果表明,该系统具备一定的城市内涝风险监测预警预报能力,并在2018—2020年多次重大天气过程中应用,积水深度预报结果与监测结果基本一致,应用数据表明验证结果良好,系统可以为政府防灾减灾决策、指挥调度提供精准、及时的气象数据支撑。     

遥感在1998年洪水监测中的作用

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基于北斗卫星的预警信息发布技术研究及实现

利用北斗卫星短报文通信功能,以广播方式发布预警信息,可提高预警信息的覆盖范围和时效性, 填补我国海洋及陆地边远地区预警信息发布空白。但北斗卫星预警信息发布存在传输速率低、冗余信息量大、长预警信息发布成功率低的问题。该文对北斗卫星预警信息发布系统的系统结构、协议体系和关键问题开展研究,通过指挥机并联、预警信息编码、影响区域识别、联合补包等方法,解决了北斗卫星预警信息发布系统建设的关键问题。在此基础上,该文设计了预警信息网络发布协议、预警信息北斗发布协议和预警信息北斗传输协议,并开发了原型系统。     

基于卷积神经网络的地震波形智能识别研究

随着世界上多个国家和地区的地震预警系统投入运行,误报和漏报等问题逐渐突显,特别是将标定以及强干扰波形误识别为大震事件,快速、精确地区分地震与其他波形是一个难题。针对于此,该研究提出了基于卷积神经网络地震波形智能识别方法。首先收集并处理了2012—2017年中国境内福建以及周边邻省共683个地震和478个爆破事件,并对这些样本筛选、截取和基线校正等预处理,共得到了27 500条三通道波形。在此基础上,构建了3 s波形输入的卷积神经网络模型(SW-CNN)。结果表明：模型对地震、噪声、爆破和异常波形的识别率分别为97.9、99、99.2和99.3%。相比于人工手动分类识别,该模型更省时和更稳定,为地震预警目前所面临的问题提供了一个新的解决方法。