王蕊，江崟，王明潔，3，陳訓(xùn)來，3，黃曉瑩

（1.深圳市氣象臺(tái)，廣東 深圳 5 1 8 0 4 0；2.深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)，廣東 深圳 518040；3.深圳南方強(qiáng)天氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 5 1 8 0 4 0；4.廣東省氣象臺(tái)，廣東 廣州 510640）

深圳位于華南沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，暴雨、雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣頻發(fā)。為充分發(fā)揮防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用，做好城市防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)布暴雨、雷雨大風(fēng)等預(yù)警信號(hào)則是重要手段之一。1994年6月深圳市人民政府發(fā)布了《深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)防洪防風(fēng)規(guī)定》（深圳市人民政府令第27號(hào)），深圳市率先在國(guó)內(nèi)實(shí)施氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)發(fā)布制度［1］，經(jīng)過5次修訂，至今共形成6部關(guān)于氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)發(fā)布的深圳市人民政府令。

為加強(qiáng)氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)業(yè)務(wù)管理，促進(jìn)氣象災(zāi)害預(yù)警質(zhì)量的提高，2015年廣東省氣象局制定《廣東省暴雨、雷雨大風(fēng)、冰雹、大霧、灰霾預(yù)警信號(hào)發(fā)布質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》（以下簡(jiǎn)稱《檢驗(yàn)辦法》）［2］，預(yù)警信號(hào)發(fā)布質(zhì)量被納入現(xiàn)代化考核指標(biāo)，在深圳氣象發(fā)展十四五規(guī)劃中也是一項(xiàng)重要任務(wù)。在預(yù)警信號(hào)發(fā)布業(yè)務(wù)中，預(yù)報(bào)員既要考慮氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)效果，又要兼顧預(yù)警信號(hào)評(píng)分質(zhì)量。

近年來，許多學(xué)者對(duì)預(yù)警信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征、發(fā)布策略等方面進(jìn)行了研究。趙春陽等［3］和徐婷等［4］分別對(duì)深圳市臺(tái)風(fēng)、暴雨預(yù)警信號(hào)發(fā)布情況進(jìn)行分析；曹春燕等［5］從預(yù)警信號(hào)發(fā)布時(shí)機(jī)等方面探討涉及停工停課的預(yù)警信號(hào)發(fā)布策略和技巧；李海鷹等［6］指出預(yù)警信號(hào)發(fā)布工作需以防災(zāi)減災(zāi)效果以及政府和公眾滿意程度作為標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)把握上下班、上下學(xué)及大型活動(dòng)期間等重點(diǎn)時(shí)段暴雨預(yù)警的發(fā)布［7］。然而目前綜合考慮預(yù)警檢驗(yàn)評(píng)分和防災(zāi)減災(zāi)效果發(fā)布策略的研究較少。本研究通過分析2019—2021年深圳市暴雨和雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)發(fā)布及檢驗(yàn)評(píng)分情況，綜合考慮預(yù)警發(fā)布質(zhì)量和防災(zāi)減災(zāi)需求，從中總結(jié)一些技巧和策略，以期對(duì)今后預(yù)警發(fā)布提供參考。

1 資料和方法

對(duì)2019—2021年深圳市氣象臺(tái)發(fā)布的暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并按照檢驗(yàn)辦法進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。暴雨和雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)級(jí)別由低到高分為黃色、橙色和紅色。在統(tǒng)計(jì)預(yù)警信號(hào)數(shù)量時(shí)，同一等級(jí)預(yù)警擴(kuò)展或取消區(qū)域，該等級(jí)預(yù)警只計(jì)數(shù)1次，如福田區(qū)暴雨黃色擴(kuò)展至羅湖區(qū)，計(jì)全市暴雨黃色預(yù)警1次；寶安區(qū)沙井街道暴雨黃色擴(kuò)展至寶安區(qū)福海街道，計(jì)寶安區(qū)暴雨黃色預(yù)警1次。此外，因?yàn)?021年深圳開始執(zhí)行《深圳市氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)發(fā)布規(guī)定》（深圳市人民政府令第334號(hào)），才開始發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)，因此本研究涉及雷雨大風(fēng)的統(tǒng)計(jì)為2021年數(shù)據(jù)。

檢驗(yàn)內(nèi)容包括暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。準(zhǔn)確性檢驗(yàn)的指標(biāo)包括TS評(píng)分、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率和命中率：

TS評(píng)分：

空?qǐng)?bào)率：

漏報(bào)率：

命中率：

其中，NAk為預(yù)報(bào)正確次數(shù)；NBk為空?qǐng)?bào)次數(shù)；NCk為漏報(bào)次數(shù)；k為預(yù)警信號(hào)級(jí)別，分為1～3級(jí)，分別代表黃色、橙色和紅色預(yù)警信號(hào)。

提前量由所有發(fā)布的預(yù)警信號(hào)和漏報(bào)的災(zāi)害性天氣的提前量統(tǒng)計(jì)得出：

預(yù)警信號(hào)提前時(shí)間（C）：

其中，A為預(yù)警信號(hào)的發(fā)布時(shí)間；B為與預(yù)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的災(zāi)害性天氣實(shí)況出現(xiàn)時(shí)間。

預(yù)警的提前量：

其中，∑Ck為第k級(jí)預(yù)警信號(hào)的提前時(shí)間總和；k為預(yù)警信號(hào)的級(jí)別。

2 預(yù)警信號(hào)發(fā)布的時(shí)空分布特征

2.1 時(shí)間分布

統(tǒng)計(jì)可知，2019—2021年深圳市發(fā)生局地暴雨及以上降水的天數(shù)為158 d，主要出現(xiàn)在5—9月（141 d，占89.2%）。暴雨預(yù)警信號(hào)共發(fā)布288次，主要集中在5—9月（占87.9%），其中8月最多；前汛期（3—6月）和后汛期（7—10月）發(fā)布次數(shù)分別為111和178次（圖1a）。暴雨預(yù)警信號(hào)以暴雨黃色預(yù)警信號(hào)最多（占比67.0%），橙色次之（占比27.8%），紅色最少，為15次（占5.2%）。8月暴雨黃色預(yù)警升級(jí)為高級(jí)別預(yù)警的概率最大，約占60%。2021年發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)共45次，等級(jí)均為黃色，以5—9月為主（42次，占93.3%），且6月最多（12次，占26.7%）（圖1b）。由此可見，5—9月是暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)發(fā)布的集中期，這與深圳市局地以上暴雨日數(shù)顯著相關(guān)。

圖1 2019—2021年深圳暴雨（a）和雷雨大風(fēng)（b）預(yù)警信號(hào)逐月分布

2.2 空間分布

2007年7月深圳開始實(shí)行氣象災(zāi)害預(yù)警分區(qū)發(fā)布［8］。如圖2a所示，2019—2021年深圳分區(qū)暴雨預(yù)警發(fā)布次數(shù)排名前3的區(qū)域?yàn)辇垗?、寶安和龍華，大致呈現(xiàn)北多南少、陸地遠(yuǎn)高于海區(qū)的分布，這與深圳短時(shí)強(qiáng)降水高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)較為一致［9］。暴雨紅色預(yù)警主要發(fā)布在大鵬、龍崗和坪山，多與地形和季風(fēng)導(dǎo)致的短時(shí)強(qiáng)降水相關(guān)［9］。在各級(jí)別暴雨預(yù)警中，龍崗均處于首位，其暴雨黃色、橙色和紅色預(yù)警發(fā)布次數(shù)分別為193、57和8次。2021年雷雨大風(fēng)預(yù)警在前、后汛期空間分布特征不同，在前汛期，雷雨大風(fēng)預(yù)警表現(xiàn)為“一個(gè)中心”，主要集中西部地區(qū)，以西部海區(qū)（14次）和寶安（13次）為首；而在后汛期，表現(xiàn)為“兩個(gè)中心”，主要集中在西部和東北部，以龍崗（19次）和寶安（16次）為首（圖2b）。

圖2 2019—2021年深圳各區(qū)發(fā)布暴雨（a）和雷雨大風(fēng)（b）預(yù)警信號(hào)頻次

3 暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)效果檢驗(yàn)

3.1 準(zhǔn)確性評(píng)估

根據(jù)檢驗(yàn)辦法，2019—2021年深圳暴雨正確預(yù)警，即發(fā)布暴雨預(yù)警同時(shí)實(shí)況達(dá)標(biāo)，為162次，空?qǐng)?bào)126次，漏報(bào)1次，出現(xiàn)在2019年10月12日。暴雨預(yù)警所有級(jí)別命中率為99.4%，TS評(píng)分為56.1%（表1），其中暴雨橙色和紅色預(yù)警（高級(jí)別預(yù)警）TS評(píng)分較高，分別達(dá)88.9%和86.7%，但暴雨黃色預(yù)警TS評(píng)分較低（39.9%），這與暴雨黃色預(yù)警空?qǐng)?bào)率（60.1%）較高，而暴雨高級(jí)別預(yù)警空?qǐng)?bào)率（10%）較低有關(guān)。暴雨黃色、橙色和紅色預(yù)警TS評(píng)分均表現(xiàn)為前汛期小于后汛期，尤其是暴雨黃色預(yù)警，前汛期（26.0%）僅為后汛期（49.1%）50%左右。

表1 2019—2021年暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)檢驗(yàn)評(píng)分

2021年發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)共45次，其中正確預(yù)警22次，空?qǐng)?bào)23次，無漏報(bào)。雷雨大風(fēng)預(yù)警命中率為100%，TS評(píng)分為48.9%，空?qǐng)?bào)率達(dá)51.1%。前汛期TS評(píng)分（41.2%）略小于后汛期（53.6%）。由此可見，暴雨預(yù)警、雷雨大風(fēng)預(yù)警TS評(píng)分偏低主要是由于空?qǐng)?bào)較多，而且前汛期低于后汛期。

3.2 時(shí)效性評(píng)估

從表1可以看出，暴雨預(yù)警所有級(jí)別提前量為47.3 min，且前汛期高于后汛期，其中暴雨高級(jí)別預(yù)警提前量顯著低于暴雨黃色預(yù)警（66.4 min），僅為30 min，這一方面是由于暴雨高級(jí)別預(yù)警涉及到推遲上下學(xué)、停課等，發(fā)布較為慎重，導(dǎo)致實(shí)況接近或已達(dá)到預(yù)警閾值才發(fā)布，時(shí)效性不高；另一方面是由于深圳降水多以短時(shí)強(qiáng)降水為主，發(fā)布暴雨黃色預(yù)警后短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到暴雨橙色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，而為了避免短時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)布升級(jí)預(yù)警造成三防等決策部門來不及響應(yīng)，往往會(huì)錯(cuò)過升級(jí)預(yù)警的最佳時(shí)間，提前量偏低。

雷雨大風(fēng)預(yù)警提前量為19.6 min，與暴雨預(yù)警一致表現(xiàn)為前汛期高于后汛期，前汛期提前量（31.7 min）約為后汛期（14 min）兩倍，這與前汛期多為自北向南移動(dòng)的颮線系統(tǒng)影響有關(guān)，在2021年雷雨大風(fēng)預(yù)警提前量超過60 min的預(yù)警中有3次為颮線過程（占75%）；而后汛期局地強(qiáng)回波影響較多，較難判斷其生消發(fā)展，往往實(shí)況出現(xiàn)才補(bǔ)發(fā)預(yù)警，提前量較低。

4 預(yù)警信號(hào)發(fā)布策略和技巧

4.1 跨級(jí)別發(fā)布預(yù)警信號(hào)

在2019—2021年，深圳暴雨預(yù)警無跨等級(jí)發(fā)布，目前在預(yù)警信號(hào)發(fā)布業(yè)務(wù)中，大多數(shù)預(yù)警也均采用逐級(jí)升級(jí)的方式。如第3章所述，深圳以短時(shí)強(qiáng)降水為主，逐級(jí)升級(jí)會(huì)導(dǎo)致高級(jí)別暴雨預(yù)警提前量較低。

2021年9月16日廣東處于副高邊緣不穩(wěn)定區(qū)域，下午局地對(duì)流發(fā)展旺盛，15：00（北京時(shí)，下同）左右廣州南沙和東莞一帶有強(qiáng)降水雷達(dá)回波發(fā)展（圖3a），并逐漸向東南方向移動(dòng)；受其影響，15：55記錄到30 min最大雨量36.8 mm，深圳發(fā)布分區(qū)暴雨黃色預(yù)警，16：10最大累計(jì)雨量超過50mm，且降雨集中在1 h內(nèi)，將暴雨黃色預(yù)警升級(jí)為橙色；之后降水雷達(dá)回波強(qiáng)度基本維持（圖3b），降水效率高，16：40升級(jí)為暴雨紅色預(yù)警，此時(shí)記錄到最大3 h雨量86.2mm，且降水仍集中在1 h內(nèi)；18：05取消暴雨紅色預(yù)警，記錄到最大3 h雨量98.9mm。從寶安長(zhǎng)流陂水庫(kù)站小時(shí)雨量分布（圖3c）可知，該次強(qiáng)降水主要集中在1 h內(nèi)。

圖3 9月16日15：00（a）、16：48（b）雷達(dá)回波（單位：dBz）、寶安長(zhǎng)流陂水庫(kù)站小時(shí)雨量分布（c）

回顧該次預(yù)警信號(hào)發(fā)布，在防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)方面，暴雨紅色預(yù)警發(fā)布是成功的。雖然按照檢驗(yàn)辦法暴雨紅色預(yù)警未達(dá)標(biāo)，TS評(píng)分為0分，但在取消預(yù)警后32 min寶安長(zhǎng)流陂水庫(kù)站達(dá)標(biāo)，而且該次降水雨強(qiáng)大，無論決策部門還是公眾對(duì)此次暴雨紅色預(yù)警均反映良好，不足之處在于暴雨橙色預(yù)警提前量為0。實(shí)際上，由于該次降水效率較高，當(dāng)值預(yù)報(bào)員在發(fā)布暴雨黃色預(yù)警時(shí)，認(rèn)為后續(xù)大概率會(huì)升級(jí)暴雨橙色預(yù)警，但是一般不會(huì)跨級(jí)別發(fā)布預(yù)警，所以還是先發(fā)布黃色預(yù)警，15 min后實(shí)況已達(dá)暴雨橙色時(shí)，才升級(jí)預(yù)警。如果跨級(jí)別發(fā)布暴雨橙色預(yù)警，那么提前量將從0 min提升至15 min，可為防災(zāi)部門爭(zhēng)取更多應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。因此，當(dāng)預(yù)計(jì)暴雨過程具有雨強(qiáng)大、雨勢(shì)急等明顯短時(shí)強(qiáng)降水特點(diǎn)時(shí)，跨級(jí)別發(fā)布預(yù)警信號(hào)既可以提高預(yù)警提前量，又可以為防災(zāi)部門預(yù)留更多防御時(shí)間。

4.2 設(shè)立預(yù)警指標(biāo)站

統(tǒng)計(jì)可知，2021年雷雨大風(fēng)多出現(xiàn)于降雨云團(tuán)自西北向東南、自東北向西南和自東南向西北3種情況，其中系統(tǒng)方向?yàn)樽晕鞅毕驏|南的平均提前量最高，為43.6 min（表2）。

表2 不同系統(tǒng)方向雷雨大風(fēng)頻次和平均提前量

在西北-東南移動(dòng)的6次過程中，上游地區(qū)均出現(xiàn)陣風(fēng)≥8級(jí)；在東北-西南移動(dòng)的5次過程中，有1次上游自動(dòng)站陣風(fēng)≥8級(jí)，其提前量為17 min，而其余4次上游未出現(xiàn)達(dá)標(biāo)自動(dòng)站的過程平均提前量?jī)H為10.5 min，由此可見，上游實(shí)況監(jiān)測(cè)是預(yù)警發(fā)布的重要依據(jù)。

2021年深圳建立“關(guān)注區(qū)、監(jiān)視區(qū)、警戒區(qū)+責(zé)任區(qū)”災(zāi)害性強(qiáng)天氣三級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警防線服務(wù)機(jī)制，進(jìn)行遞進(jìn)式滾動(dòng)提示和預(yù)警：第一級(jí)預(yù)警防線為回波進(jìn)入關(guān)注區(qū)（距離深圳150～250 km）；第二級(jí)預(yù)警防線為回波進(jìn)入監(jiān)視區(qū)（距離深圳100～150 km）；第三級(jí)預(yù)警防線為回波進(jìn)入警戒區(qū)+責(zé)任區(qū)（距離深圳100 km以內(nèi)）。結(jié)合深圳災(zāi)害性強(qiáng)天氣三級(jí)預(yù)警防線服務(wù)機(jī)制，將距離深圳邊界50 km范圍內(nèi)的自動(dòng)站設(shè)立為上游預(yù)警指標(biāo)站，當(dāng)上游預(yù)警指標(biāo)站監(jiān)測(cè)到小時(shí)雨量≥20 mm／h，或者出現(xiàn)陣風(fēng)≥8級(jí)時(shí)，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)彈窗提醒，讓預(yù)報(bào)員第一時(shí)間掌握實(shí)況。

4.3 加強(qiáng)海上監(jiān)測(cè)

從表2可知，對(duì)于西南-東北和東南-西北方向移動(dòng)的系統(tǒng)，由于其上游在海上，缺乏觀測(cè)數(shù)據(jù)，在發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警時(shí)由于缺乏實(shí)況參考，預(yù)警提前量較低。因此，加強(qiáng)海上監(jiān)測(cè)是提高海上系統(tǒng)預(yù)警提前量的重要手段。目前，深圳市氣象局開展基于風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)研究，在華南對(duì)流衛(wèi)星多通道閾值統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，使用隨機(jī)森林等算法，開發(fā)對(duì)流識(shí)別和衛(wèi)星降水估測(cè)等強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，并且開展基于中氣旋識(shí)別的災(zāi)害性大風(fēng)監(jiān)測(cè)。此外，基于最低混合有效仰角反射率，通過雨滴譜數(shù)據(jù)，擬合降水反演關(guān)系，并選擇合適的權(quán)重，將S波段天氣雷達(dá)和X波段雙偏振相控陣天氣雷達(dá)的降水產(chǎn)品拼接，提高降水觀測(cè)產(chǎn)品的時(shí)空分辨率。更多海上監(jiān)測(cè)實(shí)況，有利于預(yù)報(bào)員對(duì)海上對(duì)流系統(tǒng)的預(yù)測(cè)，從而準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)出暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)。

4.4 優(yōu)化預(yù)警發(fā)布平臺(tái)

操作簡(jiǎn)便、高效、智能的預(yù)警發(fā)布平臺(tái)是預(yù)警信號(hào)快速發(fā)布和傳播的重要保障，深圳市氣象局分區(qū)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)已經(jīng)發(fā)展了近15年，然而決策部門和公眾對(duì)預(yù)警時(shí)效性要求越來越高，這對(duì)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)提出了更高的要求。目前深圳市氣象局正在開發(fā)根據(jù)實(shí)況、雷達(dá)外推和智能臨近預(yù)報(bào)自動(dòng)預(yù)警的預(yù)警平臺(tái)，預(yù)報(bào)員只需在自動(dòng)預(yù)警區(qū)域的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改、確認(rèn)發(fā)布，節(jié)約手動(dòng)預(yù)警區(qū)域所花費(fèi)的時(shí)間，為預(yù)警信號(hào)的快速發(fā)布和傳播爭(zhēng)分奪秒，尤其對(duì)于快速發(fā)生發(fā)展的強(qiáng)對(duì)流天氣，其整個(gè)生效過程時(shí)間有時(shí)僅僅十幾分鐘到30 min，每提高1 min，就可以為防災(zāi)減災(zāi)部門多爭(zhēng)取一分鐘的防御時(shí)間。

5 結(jié)論

1）深圳市暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)發(fā)布均集中在5—9月，8和6月發(fā)布次數(shù)最多。暴雨預(yù)警發(fā)布大致呈北多南少、陸地遠(yuǎn)高于海區(qū)分布。雷雨大風(fēng)預(yù)警在前汛期表現(xiàn)為“一個(gè)中心”，主要集中西部地區(qū)，在后汛期則表現(xiàn)為“兩個(gè)中心”，主要集中在西部和東北部。

2）在準(zhǔn)確性方面，暴雨高級(jí)別預(yù)警（暴雨橙色、紅色）TS評(píng)分較高，分別達(dá)88.9% 和86.7%；而暴雨黃色預(yù)警、雷雨大風(fēng)預(yù)警TS評(píng)分偏低與空?qǐng)?bào)率較高有關(guān)。在時(shí)效性方面，暴雨、雷雨大風(fēng)預(yù)警提前量分別為47.3和19.6 min，且前汛期高于后汛期。

3）為提高預(yù)警評(píng)分，且提升防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)效果，可從4方面著手：一是視情況跨級(jí)發(fā)布預(yù)警，提升高級(jí)別預(yù)警提前量，為決策部門爭(zhēng)取更多防御部署時(shí)間；二是將距離深圳邊界50 km范圍內(nèi)的自動(dòng)站設(shè)立為上游預(yù)警指標(biāo)站，設(shè)置閾值自動(dòng)彈窗提醒，預(yù)報(bào)員第一時(shí)間掌握實(shí)況；三是開發(fā)基于衛(wèi)星、雷達(dá)的強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，拼接S波段天氣雷達(dá)和X波段雙偏振相控陣天氣雷達(dá)的降水產(chǎn)品，提高降水觀測(cè)產(chǎn)品的時(shí)空分辨率，從而加強(qiáng)海上監(jiān)測(cè)；四是優(yōu)化預(yù)警發(fā)布平臺(tái)，提高預(yù)警發(fā)布智能化水平。