山洪地质灾害气象精细化预报预警系统功能需求

山洪、地质灾害气象精细化预报预警
系统功能需求
吉林省气象台
二零一二年九月
功能需求
1.山洪、地质灾害基础数据库
根据收集整理的山洪、地质灾害各类资料，制定统一数据格式与规范，建立山洪、地质灾害精细化预报预警基础数据库，主要包括山洪沟和滑坡灾害隐患点、地理及经济社会信息的基础信息静态数据库、气象水文动态数据库、灾情数据库、预警产品数据库。

1.1山洪、地质灾害基础信息静态数据库
山洪沟和滑坡灾害隐患点资料：所有山洪沟和滑坡灾害隐患点信息，包括位置、面积、地质地理、过去灾害发生及影响情况等。

地理信息资料：主要包括流域边界、地形数据、河网数据、土地利用类型数据、交通（公路网、高速公路网、铁路网）、乡镇居民点、气象站点位置信息等。

卫星遥感资料：包括历史数据和实时监测数据，监测数据包括水体（变化）面积、主要农作物种植面积以及基于卫星遥感数据提取的地面物理暴露数据等。

所用卫星数据主要包括FY-3等。

1.2气象水文动态数据库
包括气象水文资料和部分行业共享资料。

气象水文资料主要包括气象预报数据、气象台站雨量数据（历史、实时）、雷达估算面雨量数据、流域内水体及代表站点水位。

行业共享资料主要包括国土、水利等部门共享的水情土情资料。

1.3灾情数据库
包括历史和实时灾情。

灾情数据包括山洪和地质灾害发生时间、
出现地点、灾害性质、直接经济损失、受灾人口、房屋受损情况、农田受灾面积等。

1.4临界雨量动态数据库
主要包括山洪和地质灾害分区数据、各山洪沟和地质隐患点的经纬度（区域位置）、发生时间、1小时临界雨量、3小时临界雨量、6小时临界雨量、12小时临界雨量、24小时临界雨量、72小时临界雨量、10天临界雨量。

1.5预报预警产品动态数据库
山洪地质灾害预报预警产品包括三类：数据产品、图片产品、综合文档产品。

预报产品分为临近精细化预报产品（0-3小时）、短时精细化预报产品（3-12小时）、短期精细化预报产品（12-72小时）、中期趋势预报产品（3-10天）等。

预报数据产品内容主要包括山洪沟、地质灾害隐患点、乡镇站点的精细化雨量预报；预报图片产品基于基础地理信息的站点雨量图片，包括省级雨量预报图片、市级雨量预报图片、县级雨量预报图片、重点防治点（隐患点）雨量预报图片。

预警产品主要分为监测预警产品、预报预警产品，预警产品主要表现形式为分时效的综合文档产品，包括预警时间、预警名称、预警等级、预警区域、山洪沟（隐患点）实时监测雨量图、山洪沟（隐患点）预警时效内预报雨量图、文字描述、预警建议等。

2.山洪、地质灾害临界雨量确定
2.1山洪、地质灾害临界雨量分区
根据历史气象资料及灾情数据，针对灾害区域年降雨量、暴雨频次、连续阴雨日数、地质特征等因子分布等特征，建立不同区域山洪、地质灾害临界雨量分区，分区级别包括高度危险区、中度危险区、低度危险区、一般防治区。

2.2山洪、地质灾害临界雨量确定
根据历史上山洪、滑坡、泥石流灾害个例资料以及对应的气象站（区域站）24小时雨量资料，根据雨量分布情况，删除无降雨或者降雨量不明显的个例。

另外根据区域灾害临界雨量计算需要，将同一县市同一天发生的多次滑坡灾害作为一次个例处理，经过上述整理形成2套历史序列样本，即区域灾害个例和单点灾害个例序列。

2.2.1区域性灾害临界雨量
根据灾害个例序列资料，分别确定山洪、泥石流、山体滑坡临界雨量，时次包括1小时、3小时、6小时、12小时、24小时、72小时、10天，技术方法如下：
j
e j j j j R R R R R +++=3210
)....2,1(min 00n j R R j == j R 0为第j 个灾害个例的有效雨量；取所有个例最小值，即为该区域的灾害临界雨量0R 。

j R 1为灾害初始时次雨量；
j
j R R 32、分别为灾害前该时次和下一时次雨量； j e R 为灾害前第3时次至第7时次有效雨量，其经验公式为：
)
10....4,3(102j ==∑-k R R kj k k e α
j k R 为第j 个灾害发生前第k 时次)10....4,3(=k 雨量。

α为衰减系数，近似取0.8。

2.2.2单点灾害临界雨量
根据单点山洪、泥石流、山体滑坡灾害个例序列资料，用上述方法计算单点滑坡灾害临界雨量。

3.山洪、地质灾害精细化监测预警
山洪、地质灾害的精细化监测预警主要通过雷达、定量降水估测（QPE ）、常规观测站、自动气象站、加密自动站等资料完成，通过站点雨量和雷达估测降水实时监测，对比分析山洪、地质灾害防治区（隐患点）临界雨量，达到预警标准，则及时发布山洪、地质灾害预警产品。

3.1 山洪、地质灾害预警指标
针对每条山洪沟、每个地质灾害点，设立四级预警指标：（面）雨量达到临界（面）雨量的70％作为Ⅳ级（一般）山洪地质灾害气象风险等级预警指标，（面）雨量达到临界（面）雨量作为Ⅲ级（较重）山洪地质灾害气象风险等级预警指标，（面）雨量达到临界（面）雨量1.5倍以上作为Ⅱ级（严重）山洪地质灾害气象风险等级预警指标，（面）雨量达到临界（面）雨量2倍以上作为Ⅰ级（特别严重）山洪地质灾害气象风险等级预警指标。

表1 山洪、地质灾害预警指标
3.2 山洪、地质灾害雷达监测
➢基于基础地理信息数据的雷达基本反射率叠加显示
➢读取地质灾害预警和风险评估一体化平台QPE产品，，输出6分钟滚动的格点分辨率达1km×1km定量降水估测产品➢针对定量估测降水格点产品，通过多边形等最优插值等方法，进行山洪沟、隐患点、防治区的精细化降水估测
➢降水站点产品实现界面查询、色版图显示功能
3.3 山洪、地质灾害雨量监测
➢基于基础地理信息数据的雨量站叠加显示
➢降水站点产品实现界面查询、色版图显示功能
➢系统实时显示全省人工站、自动站、雨量站的降水实况
➢显示界面具备时间、区域选择
➢系统界面具备阈值设定和报警功能
3.5 山洪、地质灾害预警
➢对于达到预警指标的山洪沟、隐患点、防治区，系统可制作山洪、地质灾害预警产品
➢预警产品以图片、数据、综合文档形式体现
➢图片包含以下信息：基础地理信息、中小河流信息、发生时间、隐患点累计雨量等，其中预警区域（隐患点）突出显示➢数据主要包括各隐患点名称、经纬度、降水量等
➢综合文档以word为主，文档内容包括预警时间、预警名称、预警等级、预警区域、山洪沟（隐患点）实时监测雨量图、未
来时效可能降水量、文字描述、预警建议等。

4.山洪、地质灾害短临精细化预报预警
山洪、地质灾害的短临精细化预报预警主要通过定量降水预报（QPF）、局域资料同化预报系统（RAFS）、省内中尺度数值模式（WRF）等资料完成，精细化预报产品为时效0-12h、时间分辨率3h、空间分辨率5*5km的格点产品，通过插值实现山洪沟（隐患点）精细化站点产品。

通过站点雨量预报产品对比分析山洪、地质灾害防治区（隐患点）临界雨量，达到预警标准，则及时发布山洪、地质灾害预警产品。

4.1 山洪、地质灾害临近精细化预报
➢基于基础地理信息数据的雷达基本反射率、基本径向速度叠加显示
➢降水站点产品实现界面查询、色版图显示功能
➢读取地质灾害预警和风险评估一体化平台QPF产品，输出滚动的格点分辨率达1km×1km、时效2h的定量降水预报产品➢针对QPF格点产品，通过多边形最优插值等方法，进行山洪沟、
隐患点、防治区的精细化降水预报
➢实现人机交互的预报产品制作功能。

4.2 山洪、地质灾害短时精细化预报
➢系统界面叠加显示RAFS、WRF等3h时间分辨率的降水预报格点产品
➢通过多边形等最优插值技术，实现格点产品向站点插值
➢站点包括乡镇、山洪沟、山洪地质灾害防治区、隐患点等➢实现人机交互的预报产品制作功能。

4.3 山洪、地质灾害短临预警
➢通过站点预报产品与各隐患点临界雨量对比分析，发布短临预警
➢预警内容及形式同3.5
5.山洪、地质灾害短期精细化预报预警
山洪、地质灾害的短期精细化预报预警主要以多种数值模式降雨预报产品为基础，通过变权集成技术和最优插值方法，形成时效0-72h、时间分辨率3-6h的精细化站点产品。

通过站点雨量预报产品对比分析山洪、地质灾害防治区（隐患点）临界雨量，达到预警标准，则及时发布山洪、地质灾害预警产品。

➢系统界面进行基础地理信息与降水格点产品、降水站点产品的分别叠加显示
➢降水站点产品实现界面查询、色版图显示功能
➢模式产品包括德国格点降水、日本格点降水、GRAPES、T639、
MM5、WRF等
➢变权集成技术主要根据各模式前期降水预报质量，分别选取不同权重系数，建立变权集合方程
➢根据变权集合方程，最终确定该站点降水预报结果
➢实现人机交互的预报产品制作功能。

➢变权系数的选取，采用滑动计算方式，计算时效为7天➢通过站点变权集成雨量，对比分析临界雨量，达到标准则发布预警，预警内容同3.5
6.山洪、地质灾害中期降水趋势预报
山洪、地质灾害的中期降水趋势预报主要以中期数值模式降雨预报产品为基础，形成时效3-10天的降水格点、站点产品，通过累计雨量计算，对比分析山洪、地质灾害防治区（隐患点）累计临界雨量，发布山洪、地质灾害趋势预报产品。

➢中期模式主要以省内MM5（MRF）、WRF为主
➢通过两种模式中期时效降水格点产品，插值计算山洪地质灾害隐患点站点降水预报
➢预报产品包括格点（站点）的逐日累计、3天累计等
➢根据中期累计降水预报，对比分析临界雨量，发布山洪地质灾害中期预报产品
➢实现人机交互的预报产品制作功能。

➢产品形式以word为主，产品内容包括图片、数据、综合文档。