濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

趙聰穎，湯繼濤，王 佳，趙玉潔，汪 靖，林 卉，劉熙杰，崔淑芬

(1. 天津市濱海新區(qū)大港氣象局 天津300270；2. 天津市氣象臺(tái) 天津300074)

濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

趙聰穎1，湯繼濤1，王 佳1，趙玉潔1，汪 靖2，林 卉1，劉熙杰1，崔淑芬1

(1. 天津市濱海新區(qū)大港氣象局 天津300270；2. 天津市氣象臺(tái) 天津300074)

天津市濱海新區(qū)大港位于天津市東南部，渤海灣畔，為半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，屬于氣象災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)。開(kāi)發(fā)具有交互功能的大港地區(qū)1986—2012年災(zāi)害性天氣(暴雨、大雪、大風(fēng)、大霧、高溫、低溫、冰雹和沙塵暴)個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)，提供大港地區(qū)歷史時(shí)期內(nèi)各類災(zāi)害性天氣的高低空天氣圖和地面天氣圖、天氣學(xué)分析文本等查詢功能，可為大港地區(qū)災(zāi)害性天氣分析與預(yù)報(bào)提供技術(shù)支撐，為大港地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，減少災(zāi)害損失，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

災(zāi)害性天氣 天氣分析 個(gè)例系統(tǒng)

0 引 言

近年來(lái)，全球氣候持續(xù)變暖，各類極端天氣事件頻繁，由災(zāi)害性天氣造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。[1]大港位于天津市東南濱海地區(qū)，東臨渤海灣，地理位置比較特殊，為半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，屬于氣象災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)。大港地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，南港工業(yè)園區(qū)和眾多化工企業(yè)落戶該地，水產(chǎn)養(yǎng)殖和現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)用戶眾多，工業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，因而對(duì)災(zāi)害性天氣的敏感性和脆弱性極高。為保障該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，進(jìn)一步做好氣象災(zāi)害防御應(yīng)對(duì)工作，最大程度減輕氣象災(zāi)害造成的損失，確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和各類生產(chǎn)活動(dòng)的正常有序開(kāi)展，提高大港地區(qū)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率十分必要。

實(shí)踐表明，對(duì)大量歷史上災(zāi)害性天氣個(gè)例的發(fā)生條件、結(jié)束原因等因素的統(tǒng)計(jì)分析有利于提高對(duì)其發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)。為了方便查詢、調(diào)取、總結(jié)，研發(fā)一個(gè)針對(duì)大港地區(qū)的災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)，包含各類災(zāi)害性天氣高低空和地面天氣圖，有利于預(yù)報(bào)員分析各類災(zāi)害性天氣。同時(shí)，將各類災(zāi)害性天氣的天氣學(xué)成因輸入到該系統(tǒng)，便于存檔及新預(yù)報(bào)員學(xué)習(xí)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

以大港氣象站1986—2012年記錄的暴雨、大雪、大風(fēng)、大霧、高溫等災(zāi)害性天氣為研究對(duì)象，建立大港地區(qū)災(zāi)害性天氣統(tǒng)計(jì)資料庫(kù)。庫(kù)中包含災(zāi)害性天氣發(fā)生日的高低空和地面天氣圖及相應(yīng)的天氣學(xué)分析結(jié)果。其中，1986—2001年采用NCEP/NCAR再分析資料利用GrADS繪制天氣圖，2002年以后采用Micaps資料繪圖，包括500hPa、700hPa、850hPa和地面天氣圖。

其中關(guān)于暴雨、大雪、大風(fēng)、大霧、高溫、低溫、冰雹和沙塵暴天氣現(xiàn)象的定義按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)定義。[2]即日雨量≥50mm及小時(shí)雨量≥20mm定義為暴雨，日雪量≥5mm為大雪，最大風(fēng)速(1986—2004年)或者極大風(fēng)速(2005—2012年)≥13.9m/s為大風(fēng)，能見(jiàn)度＜1.0km為大霧，日最高氣溫≥35.0℃為高溫，日最低氣溫≤-10.0℃為低溫，冰雹和沙塵暴天氣的判定根據(jù)天氣現(xiàn)象定義。

2 濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)的研發(fā)

2.1 系統(tǒng)概述

“濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)”由天津市濱海新區(qū)大港氣象局組織設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，包含1986—2012年發(fā)生在大港地區(qū)的暴雨、大雪、大霧、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、沙塵暴共8種惡劣天氣，共計(jì)1725個(gè)個(gè)例。系統(tǒng)包括災(zāi)害性天氣個(gè)例發(fā)生的時(shí)間、天氣描述、天氣圖及天氣形勢(shì)分析等內(nèi)容。

2.2 技術(shù)路線和原理

使用VS2005．NET開(kāi)發(fā)的網(wǎng)頁(yè)程序(含8個(gè)模塊)，提供給遠(yuǎn)端公網(wǎng)用戶訪問(wèn)使用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢、顯示，以及查詢結(jié)果導(dǎo)出成Excel表格進(jìn)行本地保存。使用VS2005.NET開(kāi)發(fā)的主體程序，把界面錄入的各種災(zāi)害性天氣信息存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)該系統(tǒng)，大港氣象局可以查詢有氣象記錄以來(lái)所有的暴雨、大雪、大霧、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、沙塵暴共8種惡劣天氣的發(fā)生時(shí)間、天氣詳細(xì)情況描述、氣壓圖、地面形勢(shì)圖的資料庫(kù)。

技術(shù)內(nèi)容：系統(tǒng)包括文檔資料庫(kù)的管理功能和天氣圖的管理功能。①文檔資料庫(kù)的管理功能：在Excel文件中對(duì)暴雨、大雪、大霧、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、沙塵天氣分別在自己的Sheet表中進(jìn)行描述，用戶在Web頁(yè)面可以按照一定的條件進(jìn)行查詢。②天氣圖的管理功能：將發(fā)生暴雨、大雪、大霧、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、沙塵天氣的氣壓圖、地面形勢(shì)圖本地保存后，可以上傳到本系統(tǒng)進(jìn)行保存，根據(jù)時(shí)間查詢描述信息以及對(duì)應(yīng)的天氣圖像。

技術(shù)方法和路線：系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)模式，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)?？蛻舳酥话惭b維護(hù)一個(gè)服務(wù)器(Server)，而客戶端采用瀏覽器(Browse)運(yùn)行軟件。B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序相對(duì)于傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序是一個(gè)非常大的進(jìn)步。B/S結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單且共享性強(qiáng)、總體擁有成本低。

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)是SQL Server 2005，各種不同氣象業(yè)務(wù)信息按照項(xiàng)目編號(hào)在庫(kù)里有對(duì)應(yīng)自己的數(shù)據(jù)。SQL Server是微軟公司開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有比較新的SQL Server 2008，但是安裝比較復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)資源占用比較高，因而選用響應(yīng)占用系統(tǒng)資源比較少、現(xiàn)在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品比較成熟的2005版。

建立項(xiàng)目管理標(biāo)準(zhǔn)流程，保證項(xiàng)目立項(xiàng)、實(shí)施、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)的規(guī)范化流程，并通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的績(jī)效評(píng)估保證項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)度及質(zhì)量。

在上述模塊構(gòu)建的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建前臺(tái)軟件主程序，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的正確調(diào)用，實(shí)現(xiàn)全部系統(tǒng)功能，并對(duì)各用戶頁(yè)面及客戶端軟件進(jìn)行美工設(shè)計(jì)，并在用戶體驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行完善和升級(jí)。

2.3 濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)

系統(tǒng)地址為：http：//117.131.172.34：7000/Web_Disastrous Weather/，登陸界面如圖1所示。

輸入用戶名和密碼后，點(diǎn)擊“登陸”，進(jìn)入個(gè)例庫(kù)二級(jí)界面。按照天氣現(xiàn)象，將發(fā)生在大港地區(qū)的災(zāi)害性天氣分為：暴雨、大雪、大霧、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、沙塵暴8項(xiàng)(見(jiàn)圖2)，每一種天氣現(xiàn)象都有兩種顯示方式，即列表顯示和圖片顯示。

二級(jí)界面里，每一個(gè)圖標(biāo)代表一種災(zāi)害性天氣子庫(kù)。鼠標(biāo)單擊每一個(gè)圖標(biāo)，進(jìn)入子庫(kù)。例如，單擊左上角的暴雨圖標(biāo)，進(jìn)入暴雨庫(kù)。根據(jù)降水量，將暴雨分為：暴雨和短歷時(shí)暴雨兩類(見(jiàn)圖3)。雨量分為：大于20mm、大于50mm、大于70mm、大于100mm和大于150mm 5個(gè)量級(jí)(見(jiàn)圖4)。用戶可根據(jù)需要，選擇暴雨類型和雨量。

圖1 濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)登陸界面Fig.1Login interface of the Case-based System of Disaster Weathers in Da’gang of Tianjin Binhai New Area

圖2 《濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)》二級(jí)界面Fig.2Second level interface of the Case-based System of Disaster Weathers in Da’gang of Tianjin Binhai New Area

圖3 暴雨級(jí)別選擇菜單Fig.3 Select menu of rainstorm

圖4 暴雨雨量選擇菜單Fig4 Select menu of rainstorm quantity

如圖5所示，表格中顯示出滿足所選條件下所有的發(fā)生個(gè)例。列表中對(duì)災(zāi)害性天氣發(fā)生的時(shí)間(年-月-日)、具體發(fā)生時(shí)段、物理量(雨量)都有詳細(xì)的記錄和描述。最后一列的時(shí)間列表鼠標(biāo)點(diǎn)擊，新的對(duì)話框里會(huì)顯示本次天氣過(guò)程的天氣圖(見(jiàn)圖6)。其中，不同高度的天氣圖可以在選項(xiàng)的底部進(jìn)行選擇查詢。

圖5 符合所選條件的暴雨歷史事件列表Fig.5 A list of events in the history of the rainstorm

其他模塊的使用方法與“暴雨”模塊類似，不再贅述。

圖6 本次天氣過(guò)程天氣圖Fig.6 The case of weather process chart

3 濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)各種災(zāi)害性天氣的分析總結(jié)，提高了預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)能力，積累了預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，為預(yù)報(bào)員判斷天氣過(guò)程提供了科學(xué)依據(jù)。在暴雨天氣的分析方面，天津位于華北平原東部，暴雨具有華北暴雨特有的突發(fā)性、局地性強(qiáng)以及物理機(jī)制復(fù)雜等特點(diǎn)，因此其預(yù)報(bào)難度較大。[3]在進(jìn)行災(zāi)害個(gè)例庫(kù)建設(shè)時(shí)，重點(diǎn)挑選了一些對(duì)大港影響較大的暴雨個(gè)例進(jìn)行了分析(以2012年7.25天津大暴雨為例)。

2012年7月25～26日受副高邊緣暖濕氣流影響，大港地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，累積降水量達(dá)到261.5mm，最大小時(shí)降水強(qiáng)度為51.2mm/h，出現(xiàn)在26日05～06時(shí)。

圖7 2012年07月25日20時(shí)500hPa高空?qǐng)DFig.7 Weather aerial map of 500 hPa at pm 08：00，2012-07-25

圖8 2012年07月26日08時(shí)500hPa高空?qǐng)DFig.8Weather aerial map of 500hPa at am 08：00，2013-07-26

從25日20時(shí)500hPa高空?qǐng)D來(lái)看(見(jiàn)圖7)，中高緯度地區(qū)為典型的“兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì)，大港地區(qū)受副熱帶高壓的控制。副高南側(cè)由于受到臺(tái)風(fēng)“維森特”活動(dòng)的影響，使得副高穩(wěn)定維持在30°N以北地區(qū)，并不斷加強(qiáng)。受到副高控制，本地區(qū)持續(xù)高溫天氣，這也為此次降水過(guò)程的產(chǎn)生積累了較為充足的能量。26日08時(shí)(見(jiàn)圖8)，隨著副高逐漸減弱南退，大港位于副高邊緣，來(lái)自孟加拉灣的水汽源源不斷地輸送到華北平原東部，并與高空槽后南下的弱冷空氣交匯于副高邊緣，導(dǎo)致此次大暴雨過(guò)程的發(fā)生。

通過(guò)對(duì)大港地區(qū)每個(gè)暴雨過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)，提高了本單位人員的業(yè)務(wù)能力。在2014年汛期，預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)每次降水過(guò)程時(shí)均與個(gè)例庫(kù)總結(jié)的暴雨個(gè)例進(jìn)行對(duì)比分析，找出兩者相同與不同之處，為預(yù)報(bào)員判斷此次過(guò)程能否出現(xiàn)暴雨提供了科學(xué)依據(jù)。

4 成 果

濱海新區(qū)大港災(zāi)害性天氣個(gè)例系統(tǒng)的建立能夠提高大港氣象局災(zāi)害性天氣分析和預(yù)報(bào)能力，為大港地區(qū)開(kāi)展災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)和服務(wù)工作提供有力的技術(shù)保障和支撐，減輕因各類氣象災(zāi)害帶來(lái)的損失，從而助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。本成果也可以為南港工業(yè)園區(qū)，農(nóng)林、水產(chǎn)和水利等單位提供災(zāi)害性天氣背景分析，為本地區(qū)專業(yè)用戶運(yùn)行和管理等提供科學(xué)依據(jù)，有利于增加氣象服務(wù)效益，促進(jìn)氣象防災(zāi)減災(zāi)工作的開(kāi)展，應(yīng)用前景廣闊。

［1］ 國(guó)家氣候中心. 全球氣候變化的最新科學(xué)事實(shí)和研究進(jìn)展——IPCC第一工作組第四次評(píng)估報(bào)告初步解讀[J]. 環(huán)境保護(hù)，2007(6A)：27-30.

［2］ 中國(guó)氣象局. 地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M]. 北京：氣象出版社，2003.

［3］ 何群英，孫一昕，劉一瑋，等. “7. 25”天津持續(xù)性局地大暴雨初步分析[J]. 暴雨災(zāi)害，2012，31(3)：226-231.

A Case-based System of Disaster Weathers in Da’gang of Tianjin Binhai New Area：Development and Application

ZHAO Congying1，TANG Jitao1，WANG Jia1，ZHAO Yujie1，WANG Jing2，LIN Hui1，LIU Xijie1，CUI Shufen1
(1．Tianjin Binhai New Area Da’gang Meteorological Bureau，Tianjin 300270，China；2．Tianjin Meteorological Station，Tianjin 300074，China)

Tianjin Binhai New Area is located in the Bohai Gulf，a semi-arid and semi humid monsoon climate zone with frequent occurrence of meteorological disasters．The development of an interaction-featuring and case-based system of disaster weathers system in the port area during 1986—2012，including heavy rain，snow，wind，fog，high temperature，low temperature，hail and sand storm not only provides the query function of high altitude and ground weather maps and weather analysis texts，but also technical support for disaster weather analysis and forecasting in the port area and scientific basis for disaster prevention and reduction in the area.

disastrous weather；weather analysis；case-based system

S165+.25

：A

：1006-8945(2015)12-0036-03

2015-11-09