胡啟元，姚 靜，王 楠

(陜西省氣象臺(tái)，西安 710014)

陜西位于青藏高原東北側(cè)，地理?xiàng)l件復(fù)雜，縱貫3個(gè)氣候帶(北亞熱帶氣候、暖溫帶氣候和中溫帶氣候)，氣象災(zāi)害尤其是短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣造成的經(jīng)濟(jì)損失約占全省GDP的1%～3%，是突發(fā)性、災(zāi)害性天氣頻發(fā)的省份之一，而陜西現(xiàn)有短時(shí)臨近業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足突發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)制作發(fā)布需求。根據(jù)中國(guó)氣象局《現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展計(jì)劃(2016—2020年)》[1]和陜西省氣象局“十三五”規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)，陜西急需發(fā)展建設(shè)一套智能化、集約化、精細(xì)化的短時(shí)臨近智能預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)。目前國(guó)外許多氣象部門(mén)都已建立了強(qiáng)對(duì)流天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)[2]，如美國(guó)航空風(fēng)暴預(yù)報(bào)系統(tǒng)(CoSPA)、美國(guó)預(yù)警決策信息綜合應(yīng)用支撐系統(tǒng)(WDSS-Ⅱ)、奧地利融合預(yù)報(bào)綜合分析系統(tǒng)(INCA)、澳大利亞短期集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)(STEPS)等，而國(guó)內(nèi)氣象部門(mén)也開(kāi)展研發(fā)了本地定量降水預(yù)報(bào)和強(qiáng)對(duì)流概率預(yù)報(bào)[3-4]，如北京市氣象局快速更新同化循環(huán)預(yù)報(bào)系統(tǒng)(BJ-RUC)和多尺度快速更新分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)(RMAPS)、深圳市氣象局臨近預(yù)報(bào)決策支持平臺(tái)(PONDS)、江蘇省氣象局中尺度WRF模式(Jiangsu-WRF)、上海市氣象局快速循環(huán)同化系統(tǒng)(RUC)等。與上述各短臨系統(tǒng)相比較，陜西省短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)還存在一定差距，主要表現(xiàn)在缺乏支撐全省短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)環(huán)境和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，沒(méi)有充分應(yīng)用雷達(dá)、衛(wèi)星、閃電等新型資料，缺乏雷達(dá)產(chǎn)品質(zhì)量控制、雷達(dá)定量降水估測(cè)(QPE)、定量降水預(yù)報(bào)(QPF)等關(guān)鍵技術(shù)等，只有部分學(xué)者根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求而開(kāi)展的業(yè)務(wù)化技術(shù)研究，如李成偉等人為解決雷達(dá)超閾值報(bào)警問(wèn)題研究開(kāi)發(fā)的天氣雷達(dá)電話語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)[5]，周義兵等人研究開(kāi)發(fā)的基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的回波自動(dòng)報(bào)警[6],以及田靜等人開(kāi)發(fā)的氣象災(zāi)害應(yīng)急指揮系統(tǒng)用以解決信息快速溝通問(wèn)題[7]等。為了解決需求和不足問(wèn)題，陜西省短臨預(yù)報(bào)技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)建設(shè)完成了陜西短時(shí)臨近智能預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“NIFS短臨系統(tǒng)”)，本文介紹NIFS短臨系統(tǒng)的功能組成，并重點(diǎn)介紹針對(duì)省、市、縣三級(jí)預(yù)警工作研發(fā)的暴雨客觀預(yù)警技術(shù)，為探索適用于陜西的短臨預(yù)報(bào)技術(shù)提供一定幫助。

1 NIFS短臨系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

NIFS短臨系統(tǒng)以陜西分鐘級(jí)智能網(wǎng)格降水?dāng)?shù)據(jù)環(huán)境為基礎(chǔ)，研發(fā)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品和檢驗(yàn)產(chǎn)品，為全省短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐，系統(tǒng)主體由短臨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)環(huán)境、預(yù)報(bào)技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)和前端展示與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)3部分組成，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 陜西短時(shí)臨近智能預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

短臨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)環(huán)境即短時(shí)臨近預(yù)報(bào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，是以CIMISS為基礎(chǔ)搭建臨近數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境，能夠采集及存儲(chǔ)常用觀測(cè)資料、雷達(dá)衛(wèi)星資料、歐洲中心(EC)等高分辨率數(shù)值模式產(chǎn)品、陜西智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)以及其他信息等數(shù)據(jù)，制訂出各類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的訪問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)省、市、縣三級(jí)共用的訪問(wèn)接口，系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)共用訪問(wèn)接口在各模塊之間交換數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)接口向各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)放，各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口訪問(wèn)臨近預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了安全、便捷的數(shù)據(jù)共享機(jī)制。

預(yù)報(bào)技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)由分鐘級(jí)降水及外推預(yù)報(bào)研究、強(qiáng)對(duì)流天氣自動(dòng)分類(lèi)識(shí)別技術(shù)研究、強(qiáng)對(duì)流概率預(yù)報(bào)研究、短臨產(chǎn)品檢驗(yàn)系統(tǒng)以及暴雨智能預(yù)警技術(shù)研究組成。(1)分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)研究 通過(guò)對(duì)降水進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，研究陜西省動(dòng)態(tài)Z-I關(guān)系，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)QPE數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成，并結(jié)合光流法外推技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分鐘降水外推預(yù)報(bào)。(2)強(qiáng)對(duì)流天氣自動(dòng)分類(lèi)識(shí)別技術(shù)研究 通過(guò)統(tǒng)計(jì)冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等歷史個(gè)例數(shù)據(jù)，分類(lèi)整理并對(duì)天氣過(guò)程建模，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，研究基于圖像識(shí)別的短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹自動(dòng)分類(lèi)識(shí)別技術(shù)，并給出自動(dòng)識(shí)別客觀產(chǎn)品。(3)強(qiáng)對(duì)流概率預(yù)報(bào)研究 在分析強(qiáng)對(duì)流天氣歷史個(gè)例和中尺度數(shù)值模式產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，遴選配料指標(biāo)并進(jìn)行權(quán)重優(yōu)配，研究各類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣分類(lèi)概率預(yù)報(bào)。(4)短臨產(chǎn)品檢驗(yàn)系統(tǒng) 采用FSS點(diǎn)對(duì)面檢驗(yàn)技術(shù)，對(duì)NIFS短臨系統(tǒng)主客觀產(chǎn)品進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。(5)暴雨智能預(yù)警技術(shù)研究 采用實(shí)況、預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)融合方法與GIS動(dòng)態(tài)更新空間分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)暴雨預(yù)警信號(hào)省、市、縣三級(jí)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品滾動(dòng)更新生成，本文將重點(diǎn)介紹該技術(shù)研究方法。

前端展示與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)即NIFS短臨系統(tǒng)前臺(tái)顯示網(wǎng)站，能夠?qū)⒂深A(yù)報(bào)技術(shù)及研發(fā)系統(tǒng)生成的各類(lèi)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品以圖像、聲音、文本等方式提供給各級(jí)預(yù)報(bào)人員使用。該系統(tǒng)包括綜合監(jiān)測(cè)、智能報(bào)警、預(yù)報(bào)分析、預(yù)報(bào)制作、產(chǎn)品共享、中試平臺(tái)、值班日志、智能管理等8個(gè)模塊，具有報(bào)警、會(huì)商、產(chǎn)品制作、多種資料疊加滾動(dòng)顯示、預(yù)報(bào)產(chǎn)品實(shí)時(shí)檢驗(yàn)等功能，為全省短臨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐。

2 NIFS短臨系統(tǒng)功能介紹

2.1 綜合監(jiān)測(cè)模塊

綜合監(jiān)測(cè)功能主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)陜西境內(nèi)以及警戒區(qū)(省界外延50 km內(nèi))和監(jiān)視區(qū)(警戒區(qū)界外延50 km內(nèi))發(fā)生的各類(lèi)災(zāi)害性天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示、閾值識(shí)別、統(tǒng)計(jì)分析等。災(zāi)害性天氣包括短時(shí)強(qiáng)降水、暴雨、冰雹、大風(fēng)、雷暴等。以綜合圖的方式將最近已經(jīng)發(fā)生的所有災(zāi)害性天氣在一個(gè)頁(yè)面中顯示，實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)氣象要素包括空間分布、時(shí)間曲線、極值統(tǒng)計(jì)、閾值統(tǒng)計(jì)等在內(nèi)的多類(lèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)綜合顯示。

該模塊提供分區(qū)域顯示功能，對(duì)溫度、降水以及重要天氣等監(jiān)測(cè)要素通過(guò)WebGis技術(shù)實(shí)現(xiàn)分市、縣顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)省、市、縣不同范圍的監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)功能。如省氣象臺(tái)使用全省數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，市氣象臺(tái)使用本市數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、縣氣象臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析本縣數(shù)據(jù)。另一方面系統(tǒng)根據(jù)省、市、縣各地災(zāi)害種類(lèi)信息，提供各區(qū)域內(nèi)聲音、動(dòng)態(tài)小圖標(biāo)、彈出小窗口顯示等功能，對(duì)區(qū)域內(nèi)災(zāi)害天氣的加強(qiáng)、減弱給出聲音、文字等提示。

2.2 智能報(bào)警模塊

智能報(bào)警模塊分為實(shí)況資料智能報(bào)警、預(yù)報(bào)產(chǎn)品智能報(bào)警和預(yù)警信號(hào)顯示。實(shí)況資料智能報(bào)警根據(jù)自動(dòng)站觀測(cè)(雨量、風(fēng)速)、閃電定位、雷達(dá)、衛(wèi)星資料以及短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)等建立監(jiān)測(cè)閾值庫(kù)，當(dāng)實(shí)況出現(xiàn)超過(guò)閾值數(shù)據(jù)時(shí)或者某類(lèi)識(shí)別產(chǎn)品時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警(聲音、圖像等多種方式)，報(bào)警信息會(huì)通過(guò)短信或者電話提醒值班人員。另一方面智能報(bào)警模塊利用分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品與短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹客觀識(shí)別產(chǎn)品以及外推預(yù)報(bào)產(chǎn)品等數(shù)據(jù)，對(duì)可達(dá)到強(qiáng)降水閾值或?qū)⒊霈F(xiàn)冰雹等天氣的地區(qū)進(jìn)行智能報(bào)警，提示業(yè)務(wù)人員發(fā)布各種級(jí)別的預(yù)警信號(hào)。

2.3 預(yù)報(bào)分析模塊

預(yù)報(bào)分析模塊分為臨近分析與短時(shí)分析兩個(gè)功能，分別針對(duì)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和對(duì)流性天氣預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)分析模塊，為短臨預(yù)報(bào)員進(jìn)行中尺度天氣分析提供有力的技術(shù)支撐。預(yù)報(bào)分析模塊具備人機(jī)交互功能，使預(yù)報(bào)員能夠根據(jù)自己的工作習(xí)慣快速調(diào)用不同的觀測(cè)及模式產(chǎn)品，分析預(yù)報(bào)對(duì)流性天氣落區(qū)。

臨近分析功能基于地面觀測(cè)資料、多普勒雷達(dá)產(chǎn)品、雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品、風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品、風(fēng)云衛(wèi)星資料等四類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，幫助預(yù)報(bào)員進(jìn)行多源資料的實(shí)況分析。多普勒雷達(dá)產(chǎn)品包括短臨攻關(guān)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的三維拼圖、組合反射率因子、液態(tài)含水量、回波頂高、外推風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品以及冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水分類(lèi)識(shí)別數(shù)據(jù)。雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品包括部署在銅川和咸陽(yáng)的兩部雙偏振雷達(dá)的強(qiáng)天氣概率、冰雹潛勢(shì)預(yù)測(cè)、粒子識(shí)別等資料。風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品為西安涇河站垂直方向上逐6分鐘不同高度的風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)。短時(shí)分析功能為業(yè)務(wù)人員提供WARMS、RMAPS、EC細(xì)網(wǎng)格、GRAPS-3 km、GRAPS-MESO等5種數(shù)值模式產(chǎn)品，智能選取各種模式中最大的強(qiáng)對(duì)流參數(shù)進(jìn)行顯示，幫助預(yù)報(bào)員對(duì)當(dāng)日的強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)做出分析和預(yù)判。

2.4 預(yù)報(bào)制作模塊

預(yù)報(bào)制作模塊包括預(yù)警、預(yù)警信號(hào)、短時(shí)短臨預(yù)報(bào)和中尺度系統(tǒng)分析制作功能。該模塊提供各種交互工具。預(yù)報(bào)員能夠以分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)等客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品為基礎(chǔ)，繪制災(zāi)害性天氣落區(qū)，自動(dòng)生成文字產(chǎn)品，快捷上傳發(fā)布預(yù)報(bào)；同時(shí)能夠?qū)ο嚓P(guān)市縣進(jìn)行提示，相關(guān)市縣接到提示后點(diǎn)擊確認(rèn)，然后根據(jù)需要制作本地預(yù)報(bào)。當(dāng)省、市、縣任何一級(jí)已經(jīng)對(duì)相關(guān)預(yù)報(bào)做過(guò)處理，則會(huì)在另外兩級(jí)的系統(tǒng)上顯示“已處理”圖標(biāo)，實(shí)現(xiàn)省、市、縣三級(jí)預(yù)報(bào)產(chǎn)品互動(dòng)交流，并且預(yù)報(bào)員在該模塊中的任何相關(guān)操作都能夠自動(dòng)被系統(tǒng)記錄留痕。

2.5 產(chǎn)品共享模塊

產(chǎn)品共享模塊包含了預(yù)警共享、預(yù)警響應(yīng)、預(yù)警統(tǒng)計(jì)、歷史預(yù)警查詢(xún)等功能。預(yù)警共享功能能夠幫助省、市、縣三級(jí)業(yè)務(wù)人員方便切換查看各級(jí)單位已發(fā)布的預(yù)警信號(hào)。預(yù)警響應(yīng)功能主要用于下級(jí)預(yù)報(bào)單位對(duì)上級(jí)指導(dǎo)與發(fā)布的預(yù)警信號(hào)信息第一時(shí)間進(jìn)行響應(yīng)確認(rèn)，具體響應(yīng)機(jī)制為當(dāng)上級(jí)指導(dǎo)發(fā)布之后，系統(tǒng)立即發(fā)送短信給預(yù)警落區(qū)內(nèi)的下級(jí)用戶(hù)，如果下級(jí)用戶(hù)在兩分鐘之后未點(diǎn)擊確認(rèn)收到，系統(tǒng)將進(jìn)一步進(jìn)行電話語(yǔ)音提醒，實(shí)現(xiàn)了上下級(jí)用戶(hù)聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，最大限度發(fā)揮數(shù)字通信優(yōu)勢(shì)、減少人力勞動(dòng)，提高短臨監(jiān)測(cè)預(yù)警時(shí)效性。預(yù)警統(tǒng)計(jì)和歷史預(yù)警查詢(xún)功能是用來(lái)統(tǒng)計(jì)通過(guò)NIFS短臨系統(tǒng)發(fā)布的各類(lèi)預(yù)警信號(hào)的數(shù)量和期數(shù)，方便預(yù)報(bào)員查閱具體預(yù)警內(nèi)容，并針對(duì)各類(lèi)匯報(bào)材料所需歷史預(yù)警信息進(jìn)行快速查找整理。

2.6 中試平臺(tái)模塊

中試平臺(tái)模塊利用8種不同的算法來(lái)研究陜西不同地區(qū)的雷達(dá)回波強(qiáng)度與降水強(qiáng)度(Z-I)關(guān)系，包括固定分級(jí)、固定不分級(jí)、動(dòng)態(tài)分級(jí)、動(dòng)態(tài)不分級(jí)、卡爾曼固定分級(jí)、卡爾曼固定不分級(jí)、降水多項(xiàng)式、機(jī)器學(xué)習(xí)法，分別進(jìn)行外推得到分鐘降水預(yù)報(bào)，外推時(shí)效為2 h，時(shí)間分辨率為6 min，空間分辨率是1 km×1 km，其中降水多項(xiàng)式算法經(jīng)過(guò)多次過(guò)程檢驗(yàn)效果最好。該模塊研究得出的分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)填補(bǔ)了陜西省在短時(shí)臨近定量降水預(yù)報(bào)研究領(lǐng)域的空白，為進(jìn)一步研究0～2 h短臨預(yù)報(bào)技術(shù)工作初步奠定了基礎(chǔ)。目前分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品已在陜西省氣象服務(wù)中心研發(fā)的 “陜西氣象”APP上應(yīng)用，向用戶(hù)提供定點(diǎn)定量的降水預(yù)報(bào)，方便公眾出行。

2.7 智能管理模塊

智能管理模塊主要具有創(chuàng)建賬戶(hù)及用戶(hù)管理功能，實(shí)現(xiàn)全省包括省、市、縣預(yù)報(bào)人員崗位身份管理，明確預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)人員的崗位、所在地市、所在單位及相關(guān)權(quán)限。管理人員和業(yè)務(wù)人員根據(jù)不同的權(quán)限進(jìn)入不同的模塊，其在智能業(yè)務(wù)系統(tǒng)上的所有本地操作都將編入值班日志。另一方面該模塊支持配置包括預(yù)警信號(hào)、短臨預(yù)報(bào)、中尺度預(yù)報(bào)等在內(nèi)的產(chǎn)品模板，以及各類(lèi)產(chǎn)品對(duì)外服務(wù)路徑，方便預(yù)報(bào)人員根據(jù)本地預(yù)報(bào)產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行本地化應(yīng)用。

3 系統(tǒng)特色技術(shù)介紹

為進(jìn)一步提高暴雨預(yù)警信號(hào)發(fā)布的及時(shí)性及客觀性，NIFS短臨系統(tǒng)增加基于實(shí)況資料、0～3 h分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)和2～12 h智能網(wǎng)格產(chǎn)品的暴雨預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警功能。該功能將降水實(shí)況資料與格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)融合，根據(jù)暴雨預(yù)警信號(hào)發(fā)布規(guī)則，實(shí)現(xiàn)省、市、縣三級(jí)暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品滾動(dòng)更新生成，方便預(yù)報(bào)員快速反應(yīng)、制作并發(fā)布預(yù)報(bào)產(chǎn)品，切實(shí)提高短臨預(yù)報(bào)預(yù)警時(shí)效性。

3.1 暴雨預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警業(yè)務(wù)流程

暴雨預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警業(yè)務(wù)流程如圖2所示，主要分為五個(gè)部分：降水實(shí)況資料和預(yù)報(bào)產(chǎn)品的采集和選取、實(shí)況和預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)融合生成融合格點(diǎn)預(yù)報(bào)、判斷達(dá)到智能報(bào)警級(jí)別的地區(qū)當(dāng)前預(yù)警發(fā)布狀態(tài)、實(shí)時(shí)更新顯示暴雨預(yù)警信號(hào)客觀產(chǎn)品落區(qū)和訂正發(fā)布暴雨預(yù)警信號(hào)文字產(chǎn)品。具體流程如圖2。

Ts指已發(fā)布的預(yù)警信號(hào)級(jí)別，Ty指暴雨預(yù)警客觀產(chǎn)品級(jí)別。圖2 暴雨預(yù)警信號(hào)客觀產(chǎn)品生成流程

步驟一 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理后臺(tái)程序采集過(guò)去12 h降水實(shí)況資料和未來(lái)0～12 h降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品。降水實(shí)況資料包括中國(guó)氣象局下發(fā)的實(shí)況格點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)(時(shí)間分辨率1 h)，以及由氣象觀測(cè)站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)成的格點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)(時(shí)間分辨率10 min)。降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品包括預(yù)報(bào)時(shí)效0～3 h的分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)(時(shí)間分辨率6 min)，以及預(yù)報(bào)時(shí)效3～12 h的智能格點(diǎn)降水預(yù)報(bào)(時(shí)間分辨率1 h)。由于動(dòng)態(tài)融合數(shù)據(jù)處理程序所需要的實(shí)況與預(yù)報(bào)資料時(shí)間分辨率為10 min，因此將上述實(shí)況和預(yù)報(bào)產(chǎn)品統(tǒng)一在后臺(tái)處理為時(shí)間分辨率為10 min的數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。

步驟二 將采集和處理完成的降水實(shí)況和預(yù)報(bào)產(chǎn)品，每10 min通過(guò)動(dòng)態(tài)融合技術(shù)生成0～12 h融合降水量格點(diǎn)產(chǎn)品，系統(tǒng)按照融合降水量與預(yù)警信號(hào)級(jí)別對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)，對(duì)所有格點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警信號(hào)級(jí)別判斷，得出暴雨預(yù)警信號(hào)客觀格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，該產(chǎn)品中格點(diǎn)數(shù)據(jù)表示該格點(diǎn)所處的預(yù)警信號(hào)級(jí)別(如無(wú)級(jí)別或藍(lán)、黃、橙、紅色預(yù)警信號(hào)級(jí)別)。

表1 融合降水量與預(yù)警信號(hào)級(jí)別對(duì)應(yīng)表

步驟三 系統(tǒng)每10 min更新省、市、縣三級(jí)暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品，分別以紅、橙、黃、藍(lán)四個(gè)級(jí)別在網(wǎng)頁(yè)表格和GIS地圖上顯示預(yù)警信號(hào)客觀落區(qū)。

步驟四 當(dāng)生成暴雨預(yù)警信號(hào)客觀格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品之后，系統(tǒng)結(jié)合產(chǎn)品共享模塊中實(shí)時(shí)預(yù)警狀態(tài)信息，對(duì)達(dá)到藍(lán)色以上預(yù)警信號(hào)級(jí)別的格點(diǎn)所在地區(qū)進(jìn)行預(yù)警狀態(tài)判斷，判斷該地區(qū)是否處在預(yù)警中或無(wú)預(yù)警狀態(tài)：①若該地區(qū)處在無(wú)預(yù)警狀態(tài)，則提醒用戶(hù)需發(fā)布暴雨預(yù)警信號(hào)，并提供暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品作為模板供用戶(hù)在模板上進(jìn)行訂正及發(fā)布；②若該地區(qū)已處于預(yù)警中，則判斷已發(fā)預(yù)警等級(jí)高低，若低于暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品等級(jí)，則提醒用戶(hù)需升級(jí)發(fā)布更高一級(jí)的暴雨預(yù)警信號(hào)產(chǎn)品。同時(shí)系統(tǒng)每10 min進(jìn)行暴雨預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警提示。

步驟五 在暴雨預(yù)警信號(hào)客觀格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，用戶(hù)可以選擇直接按照暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)進(jìn)行發(fā)布，也可以選擇對(duì)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品落區(qū)進(jìn)行訂正修改后發(fā)布：①若用戶(hù)直接按照客觀落區(qū)產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)布，系統(tǒng)直接生成以暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)為預(yù)警內(nèi)容的預(yù)警信號(hào)產(chǎn)品，用戶(hù)可直接保存發(fā)布；②若用戶(hù)需要對(duì)暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)訂正修改，則可以在GIS地圖顯示的暴雨預(yù)警信號(hào)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品落區(qū)上，利用交互工具訂正，訂正后保存發(fā)布。

3.2 實(shí)況與預(yù)報(bào)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)融合技術(shù)

主要介紹3.1步驟二中提到的實(shí)況與預(yù)報(bào)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)融合技術(shù)。在實(shí)況數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)完整的情況下，將格點(diǎn)實(shí)況與格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)按照不同融合規(guī)則實(shí)時(shí)計(jì)算融合降水量。由于0～3 h和3～12 h預(yù)報(bào)時(shí)段分別采用了逐10 min更新的分鐘級(jí)降水格點(diǎn)預(yù)報(bào)和逐小時(shí)更新的智能網(wǎng)格降水預(yù)報(bào)，因此針對(duì)0～3 h和3～12 h兩個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段采用不同的動(dòng)態(tài)融合規(guī)則，生成不同更新頻率的融合降水產(chǎn)品。具體融合規(guī)則如下。

(1)0～3 h預(yù)報(bào)時(shí)段，每10 min進(jìn)行實(shí)況與分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)融合，更新生成融合降水產(chǎn)品。融合規(guī)則為：①判斷某格點(diǎn)在未來(lái)mmin是否達(dá)到紅色或橙色預(yù)警信號(hào)，采用的融合公式為Xm=R180-m+Pm，m=10，20，…，180 min，Xm指該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)融合降水量，R180-m表示該格點(diǎn)過(guò)去180-mmin累計(jì)實(shí)況降水量，Pm表示該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)預(yù)報(bào)降水量；②判斷某格點(diǎn)在未來(lái)mmin是否達(dá)到黃色預(yù)警信號(hào)，采用的融合公式為Xm=R360-m+Pm，m=10，20，…，180 min，Xm指該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)融合降水量，R360-m表示該格點(diǎn)過(guò)去360-mmin累計(jì)實(shí)況降水量，Pm表示該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)預(yù)報(bào)降水量；③判斷某格點(diǎn)在未來(lái)mmin是否達(dá)到藍(lán)色預(yù)警信號(hào)，采用的融合公式為Xm=R720-m+Pm，m=10，20，…，120 min，Xm指該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)融合降水量，R720-m表示該格點(diǎn)過(guò)去720-mmin累計(jì)實(shí)況降水量，Pm表示該格點(diǎn)未來(lái)mmin內(nèi)的累計(jì)預(yù)報(bào)降水量。

(2)3～12 h預(yù)報(bào)時(shí)段，每1 h進(jìn)行實(shí)況與智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)融合，更新生成融合降水產(chǎn)品，該預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)不判斷紅色和橙色預(yù)警信號(hào)。融合規(guī)則為：①判斷某格點(diǎn)在未來(lái)nh是否達(dá)到黃色預(yù)警信號(hào)，采用的融合公式為Xn=R6-n+Pn，n=3,4,5,6 h，Xn指該格點(diǎn)未來(lái)nh內(nèi)的累計(jì)融合降水量，R6-n表示該格點(diǎn)過(guò)去6-nh累計(jì)實(shí)況降水量，Pn表示該格點(diǎn)未來(lái)nh內(nèi)的累計(jì)預(yù)報(bào)降水量；②判斷某格點(diǎn)在未來(lái)nh是否達(dá)到藍(lán)色預(yù)警信號(hào)，采用的融合公式為Xn=R12-n+Pn，n=3、4、5、…、12 h，Xn指未來(lái)該格點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻到未來(lái)nh內(nèi)的累計(jì)融合降水量，R12-n表示該格點(diǎn)過(guò)去12-nh累計(jì)實(shí)況降水量，Pn表示該格點(diǎn)未來(lái)nh內(nèi)的累計(jì)預(yù)報(bào)降水量。

3.3 預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警規(guī)則

在得出融合降水量以及對(duì)應(yīng)的預(yù)警信號(hào)級(jí)別情況下，系統(tǒng)將按照以下規(guī)則執(zhí)行智能報(bào)警提示(預(yù)警推薦)，并在表格或GIS地圖上顯示。

(1)紅色預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警提醒規(guī)則：①對(duì)于縣級(jí)氣象局，當(dāng)轄區(qū)內(nèi)1個(gè)區(qū)域站融合降水量達(dá)到紅色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向該縣級(jí)氣象局業(yè)務(wù)人員報(bào)警并建議發(fā)布紅色預(yù)警信號(hào)；②對(duì)于市級(jí)氣象臺(tái)，當(dāng)其轄區(qū)內(nèi)1個(gè)縣區(qū)達(dá)到紅色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向該市臺(tái)報(bào)警并建議發(fā)布紅色預(yù)警信號(hào)；③對(duì)于省氣象臺(tái)，當(dāng)其轄區(qū)內(nèi)1個(gè)地市達(dá)到紅色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向省臺(tái)報(bào)警并建議發(fā)布紅色預(yù)警信號(hào)。

(2)橙、黃、藍(lán)色預(yù)警信號(hào)智能報(bào)警提醒規(guī)則：①對(duì)于縣級(jí)氣象局，當(dāng)轄區(qū)內(nèi)1個(gè)區(qū)域站融合降水量達(dá)到橙、黃、藍(lán)色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向該縣級(jí)氣象局業(yè)務(wù)人員報(bào)警并建議發(fā)布相應(yīng)預(yù)警信號(hào)；②對(duì)于市級(jí)氣象臺(tái)，當(dāng)其轄區(qū)內(nèi)2個(gè)縣區(qū)達(dá)到橙、黃、藍(lán)色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向該市臺(tái)報(bào)警并建議發(fā)布對(duì)應(yīng)預(yù)警信號(hào)；③對(duì)于省氣象臺(tái)，當(dāng)其轄區(qū)內(nèi)2個(gè)地市達(dá)到橙、黃、藍(lán)色預(yù)警信號(hào)級(jí)別時(shí)，向省臺(tái)報(bào)警并建議發(fā)布對(duì)應(yīng)預(yù)警信號(hào)。

4 總結(jié)

(1)本文從NIFS短臨系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、常用功能和特色技術(shù)等方面，介紹了NIFS短臨系統(tǒng)的特點(diǎn)和定位。系統(tǒng)綜合監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使省、市、縣值班人員能夠全方位掌握短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣動(dòng)態(tài)，從而做出更準(zhǔn)確的判斷。智能報(bào)警模塊能夠根據(jù)閾值對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)強(qiáng)天氣進(jìn)行報(bào)警，有效提醒值班員關(guān)注強(qiáng)對(duì)流天氣。預(yù)報(bào)分析模塊具備人機(jī)交互功能，使預(yù)報(bào)員能夠根據(jù)自身的工作習(xí)慣、快速調(diào)用不同的觀測(cè)及模式產(chǎn)品，對(duì)強(qiáng)天氣落區(qū)進(jìn)行分析預(yù)報(bào)。產(chǎn)品制作模塊用來(lái)制作發(fā)布各類(lèi)預(yù)警信號(hào)和短臨產(chǎn)品，確保省、市、縣三級(jí)預(yù)報(bào)預(yù)警信息“在線監(jiān)控，在線顯示，在線管理”，實(shí)現(xiàn)一鍵式、多渠道、靶向式發(fā)布，確保信息發(fā)布準(zhǔn)確且有針對(duì)性，使預(yù)警時(shí)間大大提前。

(2)2018年5月1日開(kāi)始NIFS短臨系統(tǒng)在陜西11個(gè)地市和全部縣區(qū)氣象局進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用，在NIFS短臨系統(tǒng)支撐下各級(jí)氣象部門(mén)的強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警能力、氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警能力得到顯著增強(qiáng)，交通氣象、旅游氣象、電力氣象、能源氣象、林業(yè)氣象和人影氣象等領(lǐng)域服務(wù)水平得到大幅度提高。全省各級(jí)氣象部門(mén)充分應(yīng)用NIFS短臨系統(tǒng)分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)、面的精細(xì)化氣象服務(wù)，為第三屆絲博會(huì)開(kāi)幕式入城儀式、“西安農(nóng)民節(jié)”、第二屆“西商大會(huì)”、“漢江龍舟節(jié)”、“農(nóng)科城馬拉松賽”、第二十五屆農(nóng)高會(huì)、國(guó)慶及中秋假日等旅游活動(dòng)等提供高精度支撐產(chǎn)品，受到社會(huì)各界好評(píng)。未來(lái)NIFS短臨系統(tǒng)將不斷根據(jù)各方反饋和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行更新和完善，進(jìn)一步推進(jìn)全省短臨預(yù)報(bào)集約和預(yù)警技術(shù)發(fā)展，保證陜西氣象業(yè)務(wù)高效率、高效益地發(fā)展。