环 境 科 学
2008 NO.28
科技创新导报
沈阳市气象灾害监测预警系统设计与研究
尹佐臣 隋 东
(沈阳市气象局 辽宁沈阳 110168)
摘 要:本文针对沈阳市气象灾害监测预警系统建设提出了总体设计方案。文中介绍了气象灾害监测预警系统中气象灾害综合监测系统、气象灾害预报预警系统、气象信息网络及数据库系统、气象信息发布与服务系统的主要建设内容及实现方法。阐述了应用图像融合技术实现雷达、闪电定位仪、大气电场仪等探测信息与电子地图的叠加显示技术。沈阳市气象灾害监测预警系统的设计思路和技术方法对市级气象台气象灾害监测预警系统建设具有很好的参考作用。关键词:气象灾害 监测 预警
中图分类号:P41 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2008)10(a)-0111-02
1 引言
气象灾害对国民经济建设和社会发展具有举足轻重的作用。经济越发展,气象灾害造成的损失就越大。不久前,世界自然基金组织在一份报告中指出,由于地球气候不断改变,自然灾难越来越频繁,而且强度也越来越大。另有资料表明,我国每年受气象灾害影响的人口达到4亿人次,造成农作物受害面积达5000万公顷,年经济损失平均达2000多亿元, 每年因气象灾害造成农业损失占整个农业GDP的15%至20%。
沈阳地处我国东北的中部,历史上气象灾害频繁发生,每年因气象灾害造成的直接经济损失可达几千万元甚至上亿元,每年都出现因雷电、暴雨、道路结冰等气象灾害造成人员意外死亡的现象。2007年3月4日的暴风雪天气给沈阳市造成了巨大的经济损失,直接经济损失超亿元。
建立气象灾害监测预警系统是十分必要的,必将带来巨大的经济效益和社会效益。
开放的气象综合观测系统。
建成由沈阳国家气候观象台、沈阳国家气象观测站、沈阳区域天气观测站组成的灾害性天气基本观测站。
逐步建成气候监测网,重点监测气候变化及极端气候事件造成的灾害性天气。
建成天气观测网,由高空探测站、地面观测站、新一代天气雷达站、移动雷达等组成的灾害性天气观测网。
建成专业气象观测网,由生态与农业气象观测子网、干旱监测子网、能见度观测子网、雷电监测子网、风能观测子网、大气成分观测子网构成不同类别的灾害性天气观测网。
建成区域气象观测网,加密自动气象站总数达到136个(城区间距小于5Km,农村间距小于10Km)以上,实现每个乡镇都有自动气象站。
以气候观象台、天气观测站、区域气象观测站的地面气象自动观测系统为主,结合天气雷达、气象卫星接收系统,构成全市高时空、高密度、立体化的综合、实时灾害性天气观测系统。2.2气象灾害预报预警系统
建立影响沈阳的台风、暴雨、高温、寒潮、大雾、雷雨大风、大风、沙尘暴、冰雹、雪灾、道路结冰、霜冻、低温冷害等灾害性天气的综合预报方法,基本实现对各类气象灾害的定时、定点、定量预报。
2.2.1 气象灾害预报警报制作系统综合应用卫星、雷达、自动气象站、大气电场仪、闪电定位系统等各种探测资料,加强数值预报模式产品的释用,建立气象灾害及其次生灾害的精细化预报警报系统,提高对各种气象灾害及其次生灾害的预警时效,为各级政府防灾减灾决策指挥提供科学依据和咨询意见。
2.2.2 探测信息综合分析系统通过对多种常规和非常规资料的融合处理与同化分析,提高探测信息的综合分析处理能力,实现各种探测信息的实时显
示和综合叠加显示,通过对局地大气分析场、物理量诊断场等产品的再分析,得出对灾害性天气系统的未来发展趋势。
2.2.3 临近预报系统
充分利用多普勒天气雷达及自动气象站、闪电定位仪、大气电场仪等气象观测工具提供的观测信息以及数值天气预报系统提供的高分辨率格点分析资料,密切监视天气系统演变,并综合运用各种动力统计集成的临近预报技术,滚动制作并及时发布0~3小时天气及相关灾害的临近预报和警报,包括这些灾害的强度、影响区域和影响时间。
建立客观定量化临近预报系统。利用雷达资料等进行雷暴识别、追踪、分析,发展客观定量临近预报系统。
2.2.4 短时预报系统
在对各类天气及相关灾害的发生发展机理充分认识的基础上,以新一代多媒体、多功能、可视化人机交互预报制作系统为工作平台,以天基、空基、地基观测资料以及精细化数值预报产品为基础,应用天气学及相关科学对各种信息进行综合分析,实现对12小时内的天气及相关灾害移向、移速、影响范围、持续时间、强度变化等的预警和预报。
2.2.5 短期预报系统
开展短期集合预报研究业务,开发集合预报解释应用技术,制作灾害性天气落区概率预报,并提高要素指导预报的定量化和精细化程度。在上级指导产品的基础上,制作本区域精细化气象要素预报产品。
建立以数值预报为基础,以新一代人机交互系统为平台,基于数值预报产品的客观预报集成子系统、预报员综合分析订正子系统构成的灾害性天气预报业务系统,能够提前1~3天制作和发布灾害性天气发生的强度和落区预报。2.3气象信息网络及数据库系统
加强气象信息网络系统和数据库系统建设,全面提升气象信息传输、数据管理
2 系统总体设计
通过深化气象业务技术体制改革,建立基本满足沈阳市气象服务需求,功能先进、结构优化的气象灾害监测预警系统,全面增强气象灾害的监测预警能力和服务水平。
气象灾害监测预警系统通过建立气象灾害综合监测系统、气象灾害预报预警系统、气象信息网络及数据库系统、气象信息发布与服务系统等,实现对气象灾害的实时、动态、立体监测,力争实现定时、定点、定量预报,并通过人工增雨、人工消雹作业等技术手段,最大限度地减少气象灾害造成的损失。
2.1气象灾害综合监测系统
经过三年左右时间,建立起基本满足多轨道、集约化、研究型、开放式业务需求[1],功能先进,结构优化,布局合理,集约
注:本项目为沈阳市2006年科技开发研究项目。
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区或农庄,可为气象防灾减灾提供客观的决策依据。
和应用共享能力,以适应综合大气监测系统信息的快速传输、收集、集中处理要求以及及时准确的天气预报制作与气象服务要求。
2.3.1 信息网络系统
加快对现有信息网络系统的升级改造,利用宽带网、GPRS等先进传输手段,提高探测信息传输能力,提高监测信息传输的时效性和稳定性。
2.3.2 气象信息数据库系统
利用先进的存储设备和数据库技术,建立气象信息海量存储系统,完善实时资料数据库、历史资料数据库,实现对各种探测资料集中统一存储、管理和共享,并方便异地实时使用。
2.3.3 气象灾害数据库系统
组织有关人员,广泛调研、搜集整理气象灾情资料,建立气象灾害数据库,并实现数据共享。
2.4气象信息发布与服务系统
建立气象灾害信息综合发布与服务系统,通过广播电视媒体、96121电话、手机短信等传播媒体发布灾害性天气预报和警报;通过气象部门气象信息电子显示屏发布灾害性天气预报和警报;通过非气象部门(如公交公司、出租车公司等)电子显示屏等发布灾害性天气预报和警报。
2.4.1 开展精细化服务产品发布业务将短期预报由每日发布3次,逐步增加到6次,从早5时到晚8时,每3小时发布一
次,并及时滚动订正。开展各类天气及相关灾害的短时预报和警报业务,对12小时内的灾害性天气系统移向、移速、影响范围、持续时间、强度变化等做出预报和警报。
2.4.2 建立气象灾害预警信息综合发布平台
建立气象灾害预警信息综合发布平台,开发气象预警信息自动分发软件和自动语音系统,实现各类气象灾害预警信息的自动分发,使预报预警信息快速分发到公众和用户手中。
2.4.3 扩大气象灾害预警信息传播渠道
为了使预警信息快速发送到公众和用户手中,通过电视、广播、电话、手机短信、互联网、电子显示屏等多种渠道向公众即时发布预警信息。
4 结 语
沈阳市综合气象监测系统建设已初具规模,建成了东北地区第一个雷电监测网;建成了沈阳市干旱监测网;区域加密自动气象站总数达到136个(城区间距小于5km,农村间距小于10km);完成了移动气象台[3]建设;灾害性天气预测系统建设已取得可喜成果;气象信息网络不断完善;建立了气象历史资料库和气象灾害数据库;综合气象信息发布系统也已建立;人工增雨和人工消雹作业在我市已开展多年。在以上工作基础上逐步实现对气象灾害的实时、动态、立体监测和定时、定点、定量预报,并适时开展人工增雨和人工消雹作业,可最大限度地减少气象灾害造成的损失。
3 关键技术
图像融合[2](image registration)是指不同图像之间的空间配准或结合。这些图像来自相同或不同成相方式,经过一定的变换处理,使它们之间的空间位置,空间坐标达到匹配。通过综合运用图像融合技术,将气象雷达、闪电定位仪、大气电场仪等信息进行处理,与沈阳市电子地图(比例尺为1:10000)叠加显示,这样就能够比较准确地反映出雷暴云团等天气系统的所在位置,甚至可以判定天气系统中心所在的街
参考文献
[1] 中国气象局预测减灾司.大城市气象灾
害监测预报警报服务方案.内部资料,2005,5:10-15.
[2] 吴蔚和,朱家瑞.信息融合技术的一个热
点:医学图像融合.国外医学-放射医学核医学分册[J],1998,22(3):103.[3] 尹佐臣.沈阳市移动气象台设计与实施[J].
气象,2006,10:24-25.
(上接110页)
3.2 抑制中频炉谐波危害的组织措施
3.2.1强化在线监测
(1)测试依据。以国标GB/Tl4549-93《电能质量 公用电网谐波》为主,同时可参考原电力工业部的《电网电能质量技术监督管理规定》和各省网电力公司电能质量监督实施细则。实际工作中,谐波监测点设在中频炉用户接入公用电网的公共连接点,采用谐波测试仪来监测和分析其谐波。对谐波测量仪器的要求,以在国标GB/Tl4549-93中规定为准。(2)测试方法。包括对测量信号的抽取;测量仪器的设置,含自动定时测量方式、设置谐波次数、每次测量间隔及连续测量周期;数据处理方法,包括测量完毕后仪器后台分析,定时测量存盘数据文件的统计分析.
3.2.2 提高研管水平
(1)加大对有源电力滤波器APF技术的研究和开发,尽快赶上世界先进水平,以降低成本,减小投资周期,满足中小用户的要求。(2)在对避免和克服谐波的设备订货之
前,必须联系厂家对谐波性质进行实际测量,设计配套的中频炉谐波治理兼无功补偿装置,合理配置滤波容量,以保证滤波设备达到最佳效果。(3)加快修订和出台《中华人民共和国能源法》,严格执行《中华人民共和国节能法》和《电力供应与使用条例》,并强化执法力度,从节能增效、计量标准及计量手段等多方面对中频炉的使用进行规范管理和评估完善。(4)进一步制定相关标准对单频率谐波及谐波畸变率作x出限制,并提出适合中频炉用户的谐波治理方案,将谐波限制在一个较低的无危害水平。(5)加强谐波治理重要性的宣传,从延长设备使用寿命、提高产品质量、改善电磁污染环境、减少能耗及电能计费等利益性回报方面,提高中频炉用户对谐波治理的认识。
制. 华中电力,2006,(1):30-32.[3] (奥地利)George J.Wakileh.电力系统
谐波分析.北京:机械工业出版社,2005.
参考文献
[1] 张直平.城市电网谐波手册.北京:中国
电力出版社,2001.
[2] 张玉成,杜明哲.中频电炉谐波分析与抑
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沈阳市气象灾害监测预警系统设计与研究
尹佐臣 隋 东
(沈阳市气象局 辽宁沈阳 110168)
摘 要:本文针对沈阳市气象灾害监测预警系统建设提出了总体设计方案。文中介绍了气象灾害监测预警系统中气象灾害综合监测系统、气象灾害预报预警系统、气象信息网络及数据库系统、气象信息发布与服务系统的主要建设内容及实现方法。阐述了应用图像融合技术实现雷达、闪电定位仪、大气电场仪等探测信息与电子地图的叠加显示技术。沈阳市气象灾害监测预警系统的设计思路和技术方法对市级气象台气象灾害监测预警系统建设具有很好的参考作用。关键词:气象灾害 监测 预警
中图分类号:P41 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2008)10(a)-0111-02
1 引言
气象灾害对国民经济建设和社会发展具有举足轻重的作用。经济越发展,气象灾害造成的损失就越大。不久前,世界自然基金组织在一份报告中指出,由于地球气候不断改变,自然灾难越来越频繁,而且强度也越来越大。另有资料表明,我国每年受气象灾害影响的人口达到4亿人次,造成农作物受害面积达5000万公顷,年经济损失平均达2000多亿元, 每年因气象灾害造成农业损失占整个农业GDP的15%至20%。
沈阳地处我国东北的中部,历史上气象灾害频繁发生,每年因气象灾害造成的直接经济损失可达几千万元甚至上亿元,每年都出现因雷电、暴雨、道路结冰等气象灾害造成人员意外死亡的现象。2007年3月4日的暴风雪天气给沈阳市造成了巨大的经济损失,直接经济损失超亿元。
建立气象灾害监测预警系统是十分必要的,必将带来巨大的经济效益和社会效益。
开放的气象综合观测系统。
建成由沈阳国家气候观象台、沈阳国家气象观测站、沈阳区域天气观测站组成的灾害性天气基本观测站。
逐步建成气候监测网,重点监测气候变化及极端气候事件造成的灾害性天气。
建成天气观测网,由高空探测站、地面观测站、新一代天气雷达站、移动雷达等组成的灾害性天气观测网。
建成专业气象观测网,由生态与农业气象观测子网、干旱监测子网、能见度观测子网、雷电监测子网、风能观测子网、大气成分观测子网构成不同类别的灾害性天气观测网。
建成区域气象观测网,加密自动气象站总数达到136个(城区间距小于5Km,农村间距小于10Km)以上,实现每个乡镇都有自动气象站。
以气候观象台、天气观测站、区域气象观测站的地面气象自动观测系统为主,结合天气雷达、气象卫星接收系统,构成全市高时空、高密度、立体化的综合、实时灾害性天气观测系统。2.2气象灾害预报预警系统
建立影响沈阳的台风、暴雨、高温、寒潮、大雾、雷雨大风、大风、沙尘暴、冰雹、雪灾、道路结冰、霜冻、低温冷害等灾害性天气的综合预报方法,基本实现对各类气象灾害的定时、定点、定量预报。
2.2.1 气象灾害预报警报制作系统综合应用卫星、雷达、自动气象站、大气电场仪、闪电定位系统等各种探测资料,加强数值预报模式产品的释用,建立气象灾害及其次生灾害的精细化预报警报系统,提高对各种气象灾害及其次生灾害的预警时效,为各级政府防灾减灾决策指挥提供科学依据和咨询意见。
2.2.2 探测信息综合分析系统通过对多种常规和非常规资料的融合处理与同化分析,提高探测信息的综合分析处理能力,实现各种探测信息的实时显
示和综合叠加显示,通过对局地大气分析场、物理量诊断场等产品的再分析,得出对灾害性天气系统的未来发展趋势。
2.2.3 临近预报系统
充分利用多普勒天气雷达及自动气象站、闪电定位仪、大气电场仪等气象观测工具提供的观测信息以及数值天气预报系统提供的高分辨率格点分析资料,密切监视天气系统演变,并综合运用各种动力统计集成的临近预报技术,滚动制作并及时发布0~3小时天气及相关灾害的临近预报和警报,包括这些灾害的强度、影响区域和影响时间。
建立客观定量化临近预报系统。利用雷达资料等进行雷暴识别、追踪、分析,发展客观定量临近预报系统。
2.2.4 短时预报系统
在对各类天气及相关灾害的发生发展机理充分认识的基础上,以新一代多媒体、多功能、可视化人机交互预报制作系统为工作平台,以天基、空基、地基观测资料以及精细化数值预报产品为基础,应用天气学及相关科学对各种信息进行综合分析,实现对12小时内的天气及相关灾害移向、移速、影响范围、持续时间、强度变化等的预警和预报。
2.2.5 短期预报系统
开展短期集合预报研究业务,开发集合预报解释应用技术,制作灾害性天气落区概率预报,并提高要素指导预报的定量化和精细化程度。在上级指导产品的基础上,制作本区域精细化气象要素预报产品。
建立以数值预报为基础,以新一代人机交互系统为平台,基于数值预报产品的客观预报集成子系统、预报员综合分析订正子系统构成的灾害性天气预报业务系统,能够提前1~3天制作和发布灾害性天气发生的强度和落区预报。2.3气象信息网络及数据库系统
加强气象信息网络系统和数据库系统建设,全面提升气象信息传输、数据管理
2 系统总体设计
通过深化气象业务技术体制改革,建立基本满足沈阳市气象服务需求,功能先进、结构优化的气象灾害监测预警系统,全面增强气象灾害的监测预警能力和服务水平。
气象灾害监测预警系统通过建立气象灾害综合监测系统、气象灾害预报预警系统、气象信息网络及数据库系统、气象信息发布与服务系统等,实现对气象灾害的实时、动态、立体监测,力争实现定时、定点、定量预报,并通过人工增雨、人工消雹作业等技术手段,最大限度地减少气象灾害造成的损失。
2.1气象灾害综合监测系统
经过三年左右时间,建立起基本满足多轨道、集约化、研究型、开放式业务需求[1],功能先进,结构优化,布局合理,集约
注:本项目为沈阳市2006年科技开发研究项目。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald111
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2008 NO.28
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环 境 科 学
区或农庄,可为气象防灾减灾提供客观的决策依据。
和应用共享能力,以适应综合大气监测系统信息的快速传输、收集、集中处理要求以及及时准确的天气预报制作与气象服务要求。
2.3.1 信息网络系统
加快对现有信息网络系统的升级改造,利用宽带网、GPRS等先进传输手段,提高探测信息传输能力,提高监测信息传输的时效性和稳定性。
2.3.2 气象信息数据库系统
利用先进的存储设备和数据库技术,建立气象信息海量存储系统,完善实时资料数据库、历史资料数据库,实现对各种探测资料集中统一存储、管理和共享,并方便异地实时使用。
2.3.3 气象灾害数据库系统
组织有关人员,广泛调研、搜集整理气象灾情资料,建立气象灾害数据库,并实现数据共享。
2.4气象信息发布与服务系统
建立气象灾害信息综合发布与服务系统,通过广播电视媒体、96121电话、手机短信等传播媒体发布灾害性天气预报和警报;通过气象部门气象信息电子显示屏发布灾害性天气预报和警报;通过非气象部门(如公交公司、出租车公司等)电子显示屏等发布灾害性天气预报和警报。
2.4.1 开展精细化服务产品发布业务将短期预报由每日发布3次,逐步增加到6次,从早5时到晚8时,每3小时发布一
次,并及时滚动订正。开展各类天气及相关灾害的短时预报和警报业务,对12小时内的灾害性天气系统移向、移速、影响范围、持续时间、强度变化等做出预报和警报。
2.4.2 建立气象灾害预警信息综合发布平台
建立气象灾害预警信息综合发布平台,开发气象预警信息自动分发软件和自动语音系统,实现各类气象灾害预警信息的自动分发,使预报预警信息快速分发到公众和用户手中。
2.4.3 扩大气象灾害预警信息传播渠道
为了使预警信息快速发送到公众和用户手中,通过电视、广播、电话、手机短信、互联网、电子显示屏等多种渠道向公众即时发布预警信息。
4 结 语
沈阳市综合气象监测系统建设已初具规模,建成了东北地区第一个雷电监测网;建成了沈阳市干旱监测网;区域加密自动气象站总数达到136个(城区间距小于5km,农村间距小于10km);完成了移动气象台[3]建设;灾害性天气预测系统建设已取得可喜成果;气象信息网络不断完善;建立了气象历史资料库和气象灾害数据库;综合气象信息发布系统也已建立;人工增雨和人工消雹作业在我市已开展多年。在以上工作基础上逐步实现对气象灾害的实时、动态、立体监测和定时、定点、定量预报,并适时开展人工增雨和人工消雹作业,可最大限度地减少气象灾害造成的损失。
3 关键技术
图像融合[2](image registration)是指不同图像之间的空间配准或结合。这些图像来自相同或不同成相方式,经过一定的变换处理,使它们之间的空间位置,空间坐标达到匹配。通过综合运用图像融合技术,将气象雷达、闪电定位仪、大气电场仪等信息进行处理,与沈阳市电子地图(比例尺为1:10000)叠加显示,这样就能够比较准确地反映出雷暴云团等天气系统的所在位置,甚至可以判定天气系统中心所在的街
参考文献
[1] 中国气象局预测减灾司.大城市气象灾
害监测预报警报服务方案.内部资料,2005,5:10-15.
[2] 吴蔚和,朱家瑞.信息融合技术的一个热
点:医学图像融合.国外医学-放射医学核医学分册[J],1998,22(3):103.[3] 尹佐臣.沈阳市移动气象台设计与实施[J].
气象,2006,10:24-25.
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3.2 抑制中频炉谐波危害的组织措施
3.2.1强化在线监测
(1)测试依据。以国标GB/Tl4549-93《电能质量 公用电网谐波》为主,同时可参考原电力工业部的《电网电能质量技术监督管理规定》和各省网电力公司电能质量监督实施细则。实际工作中,谐波监测点设在中频炉用户接入公用电网的公共连接点,采用谐波测试仪来监测和分析其谐波。对谐波测量仪器的要求,以在国标GB/Tl4549-93中规定为准。(2)测试方法。包括对测量信号的抽取;测量仪器的设置,含自动定时测量方式、设置谐波次数、每次测量间隔及连续测量周期;数据处理方法,包括测量完毕后仪器后台分析,定时测量存盘数据文件的统计分析.
3.2.2 提高研管水平
(1)加大对有源电力滤波器APF技术的研究和开发,尽快赶上世界先进水平,以降低成本,减小投资周期,满足中小用户的要求。(2)在对避免和克服谐波的设备订货之
前,必须联系厂家对谐波性质进行实际测量,设计配套的中频炉谐波治理兼无功补偿装置,合理配置滤波容量,以保证滤波设备达到最佳效果。(3)加快修订和出台《中华人民共和国能源法》,严格执行《中华人民共和国节能法》和《电力供应与使用条例》,并强化执法力度,从节能增效、计量标准及计量手段等多方面对中频炉的使用进行规范管理和评估完善。(4)进一步制定相关标准对单频率谐波及谐波畸变率作x出限制,并提出适合中频炉用户的谐波治理方案,将谐波限制在一个较低的无危害水平。(5)加强谐波治理重要性的宣传,从延长设备使用寿命、提高产品质量、改善电磁污染环境、减少能耗及电能计费等利益性回报方面,提高中频炉用户对谐波治理的认识。
制. 华中电力,2006,(1):30-32.[3] (奥地利)George J.Wakileh.电力系统
谐波分析.北京:机械工业出版社,2005.
参考文献
[1] 张直平.城市电网谐波手册.北京:中国
电力出版社,2001.
[2] 张玉成,杜明哲.中频电炉谐波分析与抑
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