气象服务与气象灾害预警系统的集成与优化

马霜霜，刘 宣，毕 敬

内蒙古自治区赤峰市气象局，内蒙古赤峰 024000

随着卫星通信技术的快速发展，以及计算机处理能力的不断提高，我国的气象预警业务水平也得到了很大的提高。尤其是近年来，随着国家“十五”“211工程”和重大科技专项的相继实施，全国范围内建立了较为完整的国家级综合气象监测网络，初步具备了开展综合业务的能力。

1 气象灾害预警系统相关技术介绍

1.1 气象服务和气象灾害预警系统定义

气象服务是指通过气象观测、预报和分析等手段，为社会经济活动和公众服务提供有关天气、气候、环境和灾害等方面的信息、预警和建议，以支持决策和规划，并提高社会生产力和生活质量。气象服务可以被应用于各行各业，包括农业、交通、能源、环保、旅游等领域[1]。

气象灾害预警系统(METS)是指利用各种现代技术手段，实时监测和动态预测可能发生的气象灾害，并发出警告，以及针对其可能造成的影响程度提出预防措施，以减少或避免损失，从而实现社会、经济、环境效益的统一[2]。其中，气象灾害预警系统主要由多种子系统组成，包括天气预报、卫星云图、数值模式等基础性信息获取与处理，还包括基于这些基础信息的分析计算及预报服务、决策支持、应急响应服务、灾后评估服务等。

1.2 气象服务和气象灾害预警系统的主要特征

气象服务的主要特征包括预测和预警、数据和信息、技术支持和公共服务[3]。气象服务机构通过分析气象数据和气象模型，提供天气预报和气象预警服务，帮助公众做好防范和应对自然灾害的准备。收集、整理和发布气象数据和信息，包括天气情况、气象变化、气象灾害和气象科学研究成果等，为公众、提供参考。同时，气象服务机构还不断引进和研发新技术，如卫星遥感、雷达监测、模型预报等，提升气象预报的准确性和时效性，并为公众提供各种气象服务，如天气咨询、气象观测、气象培训等，加深公众对气象科学的认识和理解[4-5]。

气象灾害预警系统的主要特征是实时性、综合性、可视化和多样性。气象灾害预警系统需要及时准确地获取气象数据和信息，及时发出预警，以便人们能够采取措施应对灾害。同时，也需要综合考虑气象因素、地理位置和人口密度等信息，准确预测可能发生的灾害类型和范围，提高预警的准确性和可靠性。此外，还需要以可视化的方式呈现气象数据和灾害预警信息，让公众能够直观地了解灾害的严重性，以便及时采取应对措施。最重要的是可以提供多种途径和方式进行预警信息的发布和传播，以便不同人群及时接收到预警信息，从而最大限度地降低灾害的影响。

1.3 气象灾害预警方法

气象灾害预警方法通常包括以下4种：(1)基于观测数据的预警方法，通过分析气象观测数据，根据天气变化趋势和气象参数的变化程度预警气象灾害；(2)基于气象预报的预警方法，根据气象预报结果，预测将要出现的气象灾害，通过预警信息在第一时间告知公众，提前做好防范工作；(3)基于遥感数据的预警方法，利用卫星遥感数据、雷达等技术，对气象灾害进行监测、预警和预报；(4)基于社会反馈的预警方法，通过公众的反馈和报警信息，及时发现和处理气象灾害，同时增强公众的气象安全意识和提高自我防范能力。

2 气象灾害预警系统需求分析

2.1 气象灾害预警系统的业务陈述

气象灾害预警系统是一种基于气象数据分析和预测的系统，旨在提供及时和准确的气象灾害预警信息，为公众提供及时、准确的灾害预警和应急响应服务，帮助人们做好灾害防范和减灾工作，保障人们的生命财产安全。该系统主要包括以下4个方面：

(1)气象数据采集和处理。通过观测站、卫星、雷达等手段采集气象数据，并对其进行处理和分析，生成相应的气象预测信息。

(2)灾害预警发布。在气象灾害即将发生或正在发生时，通过手机、电视等终端设备向公众发布相应的预警信息，包括预警类型、发生时间、影响范围和应对措施等。

(3)灾害应急响应。当气象灾害发生后，系统将及时向相关部门和机构发布应急响应通知，并提供相关的救援和救援指南。

(4)灾害风险评估。通过分析和比对气象数据，系统可以预测和评估未来一段时间内可能发生的气象灾害，帮助人们做出相应的防范和应对决策。

2.2 气象灾害预警系统管理模式

气象服务与气象灾害预警系统管理模式通常由气象部门负责，其主要任务是通过气象监测、预警和预报，及时向公众发布气象信息和气象灾害预警，保障公众生命和财产安全。在管理模式上，气象部门应该建立完善的预警发布机制，增强预警信息的准确性和时效性，同时提高公众对气象信息和预警的认知度和接受程度，确保公众能够及时采取相应的防范措施。此外，气象部门还应该加强与其他部门的协作和联动，共同应对气象灾害带来的挑战。

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2.3 气象灾害预警系统的流程

气象服务和气象灾害预警系统的流程是气象局通过气象监测设备和卫星等手段采集气象数据，包括温度、气压、湿度、风速、降雨量等指标。通过处理和分析采集到的气象数据后，生成各种气象图表和预报模型，用于预测未来的气象变化趋势。当气象局发现有可能发生气象灾害时，会向各级政府及相关单位发布气象灾害预警信号，提醒公众采取应对措施。各级政府和相关单位接到气象灾害预警后，启动应急预案，采取措施减轻灾害的影响。气象局和相关部门对气象灾害预警的有效性进行评估，并通过对灾情的监测和分析，不断优化气象服务和预警系统的流程与技术。

3 气象灾害预警系统的总体设计

3.1 气象灾害预警系统设计原则和思路

气象灾害预警系统设计原则和思路应遵循以下几个方面：(1)覆盖面广。可以通过多种渠道向各级政府、有关部门和社会公众提供实时、全面和准确的天气信息；同时，通过多种手段将天气预报信息传递给有关单位，如电视、广播、报纸等，使社会各方面及时了解天气情况，以便采取相应措施。(2)快速准确。我国幅员辽阔，各地气候差异很大，在短时间(一般不超过30 min)内的天气变化是经常发生的，这就需要气象灾害预警系统快速做出预测，并发出警报。(3)灵活多样。为了更好地满足不同层次用户的需求，除传统的电话报警外，还可采用短信报警、电子邮件等方式。(4)保证服务质量。为了保证各种信息的时效性，确保其质量，必须建立完善的信息传输机制和服务保障体系，保证各类信息传递的畅通。

3.2 气象灾害预警系统架构

气象灾害预警系统的架构一般包括以下5个部分：

(1)数据采集包括地面监测站网观测的实时数据及各类专业部门提供的专题预报等。数据采集是建立系统的基础，也是实现预报产品生产的前提。目前，我国已经初步建成由国家气候中心、省级气候中心(台)和区域自动站组成的全国陆地自动站网。随着国家气候中心的组建及业务工作的开展，未来将逐步形成覆盖全中国的陆地表层大气探测网络体系；同时，各级地方专业部门的预报服务也将纳入这一体系，增强数据的准确性和时效性。

(2)分析计算包括数值预报模式、概率论与数理统计方法等。目前，我国主要采用基于常规模式的多元统计量降水量的数值预报方法。该方法具有快速响应的优点，但同时也存在一定的不足。例如：在极端情况下，由于雨强过大而出现“过水”现象，即实际降雨量小于理论值，“过水”现象的出现会严重影响系统的正常运作，导致误差积累，增加后续计算的难度。

(3)数据分析模块，通过对采集到的气象数据进行分析、计算和预测，确定气象灾害可能发生的时间和地点，并生成相应的预警信息。在这一环节中，除要保证所生成的结果能够被用户正确理解外，还要保证其结果的可靠性。这就需要利用多种数学模型对其进行检验。

(4)预警发布模块，将生成的预警信息通过多种方式向社会公众、相关部门和机构等发送，包括短信、电话、电视、广播等方式。

(5)灾情反馈模块，当出现灾情时，及时接收相关部门的反馈情况，并根据反馈情况更新整个系统的运行状态。

4 气象服务与气象灾害预警系统现存问题

其次，公众防灾意识不强。随着社会经济的不断发展与进步，人们的物质文化生活水平不断提高。但受传统观念影响，人们仍存在重生产、轻生活，重发展、轻安全，重眼前利益、轻长远利益等思想。同时，由于信息传播渠道不畅，使得公众对气象服务的认识不足，一些地方仍存在“靠天吃饭”的现象，从而增加了自然灾害的发生概率。由于部分地区群众缺乏防灾减灾知识，导致出现因未及时采取有效应对措施而造成人员伤亡或财产损失。

再次，气象部门服务能力不足。随着经济社会的高质量发展，人们对气象服务的需求不断增加。但当前我国大部分地区，尤其是西部农村地区基础设施落后，交通不便利。加之现有设备老化，维护不到位，影响了其发挥应有的作用。此外，基层业务技术力量薄弱，难以满足日益增长的需求。

最后，预测水平低，时效性差。国内外的数值模式主要采用自相关法，即利用大气环流中各要素之间的相互关系，建立数学模型，通过求解该模型得到未来一段时间内某一地点的温度、湿度及降水分布，并据此做出未来一段时间内的天气趋势预测。然而，这种方法的计算量较大，而且只能反映一定范围内的短期变化。

5 气象服务与气象灾害预警系统的集成与优化对策

5.1 优化气象灾害预警系统结构

首先，构建以区域数值模式为主体的数值预报产品体系。建立基于全球大气环流模式的区域数值模式，开展多要素联合反演，形成具有较高准确率的高精度数值天气预报产品，为各级部门提供及时准确的实时监测与预报警报。同时，应用现代信息技术，开发多种形式的天气信息共享平台，实现不同业务之间数据共享，促进业务协同发展[6-7]。

其次，健全完善应急响应机制。针对不同类型、不同程度的自然灾害，建立相应的应急响应机制，明确各部门职责。根据各类突发公共事件的特性，结合实际，制定科学、合理的应急预案，确保一旦发生突发事件能够快速反应、高效应对，减少损失。

最后，提高综合防范能力。通过强化科普宣传，提高公众对气候异常变化和极端天气的认识，增强全民防灾意识，营造良好的社会舆论氛围。加强重点行业领域风险隐患排查，做好重大工程设施安全防护，切实将各项防御措施落实到位[8]。

5.2 加强气象灾害预警系统的部署

气象部门在做好常规天气业务的同时，要积极拓展其他新领域，如海洋气候监测、城市环境空气监测等；加强与农业农村部等部门合作，推进农业气候区划工作，为粮食安全提供支撑；加强与自然资源部的合作，开展地质灾害易发区及重点隐患点的精细化网格化监测，及时掌握地质灾害发生发展变化情况，为应对灾害提供有力保障；加快建设智慧气象，提高公共应急管理能力和水平；继续推进人工影响天气，有效应对各类极端天气。构建覆盖我国大部分地区的国家突发事件预警信息发布中心，形成统一的全国突发事件预警信息发布平台；依托国家突发事件预警信息发布中心，逐步建成省(自治区)、市(地)级突发事件预警信息发布平台；依托各级自然灾害防御指挥机构，逐步建成县(市)级自然灾害防御指挥部办公室发布的专门针对本地区重大自然灾害信息的专用网站，以及面向公众的信息公开渠道，并按照统一要求，将相关内容纳入当地应急管理体系。

5.3 加大科技研发力度，提高预报准确率

第一，继续加强数值模式的开发研究，加快推进数值模式应用与普及工作。第二，积极推动人工影响天气技术的进步和发展，进一步优化人工增雨作业方案和作业流程，提高增雨效率和效益。

5.4 加强气象防灾减灾宣传工作

第一，加强气象防灾减灾宣传工作，充分利用各种渠道向公众传播有关知识，引导公众正确认识自然灾害的特点以及预防应对的基本原则和方法，增强全民的防灾抗灾意识。第二，强化部门间的沟通合作，形成合力。建立多级预警系统，实现信息的互联互通，提高综合研判水平。第三，加快推进相关法规制度的制定出台，明确各部门的职责分工和工作程序。

5.5 加强基层气象台站建设

第一，进一步加强乡镇(街道)、村居(社区)基层气象服务能力建设，充分发挥其“第一道防线”的作用，切实做到早发现、早预警、快反应。第二，不断拓展农村“智慧农业”等新业务。通过手机APP等及时发布农事提醒，指导农民开展科学种植，减少灾害造成的损失。

6 结束语

通过气象服务与气象灾害预警系统的集成与优化可以提高气象服务的精准性和效率，减少气象灾害对人们造成的影响，并可以更加全面、准确、及时地监测和分析气象数据，为政府决策和公众安全提供更加可靠的信息支持。同时，还可以增强气象灾害预警的准确性和时效性，提高公众对灾害的认识和应对能力，保障公众的生命财产安全。