内蒙古决策气象服务信息化建设研究_李云鹏.pdf

2022 年第 3 期内 蒙 古 气 象25文章编号 1005-8656（2022）03-0025-04内蒙古决策气象服务信息化建设研究李云鹏1，党志成2，司瑶冰1，林泓锦3（1.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古气象局，内蒙古 呼和浩特 010051；3.内蒙古人工影响天气中心，内蒙古 呼和浩特 010051）摘要 文章通过分析决策气象服务业务信息化建设现状和经验、在服务中存在的问题及需求，提出建设“数据云+智能平台+快速精准服务”的信息化建设模式，利用信息技术建立针对生态环境保护、气象灾害防御等领域开展决策气象服务的自动响应、产品智能化制作、快速精准的服务机制。针对不同用户建成分灾种和影响评估的决策气象服务供给体系。为省级决策气象服务业务信息化建设提供参考。关键词 决策气象服务；生态环境保护；气象灾害防御；信息化建设中图分类号 P4 文献标识码 Adoi:10.14174/ki.nmqx.2022.03.0050 引言 决策气象服务是气象部门为各级党政领导在指挥生产、组织防灾减灾、气候资源合理开发利用和生态环境保护等方面科学决策所提供的重要气象服务，做好决策气象服务对生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好意义重大。决策气象服务信息化建设是气象现代化建设的重要组成部分，是落实创新驱动发展战略和国家信息化发展战略的重要举措，是提升气象服务在保障经济建设、人民生命财产安全、防灾减灾等方面的必然选择和发展趋势。习近平总书记在中国共产党第十九次全国代表大会上指出要着力“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”，要“善于运用互联网技术和信息化手段开展工作”1。利用“互联网+信息技术”做好决策气象服务是贯彻落实习近平总书记的重要指示精神的一项工作。决策气象服务信息化的主要内涵是数据资源的有效利用、气象灾害防御的快速响应、气象部门内部高效协同、气象部门与外部门的融合互通、重大灾害性天气过程决策气象服务全覆盖。随着信息化发展，气象部门在气象服务方面做了大量工作。中央气象台针对决策服务开发了气象信息服务系统（Meteorological information system，MESIS）2，实现气象数据分析和图形交互制作。贵州省气象台研发了智能化决策气象服务平台3，实现决策气象服务业务流程自动化。国家气象中心设计研发了中央气象台决策气象服务移动平台4，为决策气象服务人员提供了基于位置服务的气象实况、预报预警、决策服务产品推送、灾害性天气智能提醒等综合服务功能。内蒙古气象部门开发了基于 B/S 的三级决策气象综合服务系统5，实现了决策气象服务数据分析，建立了 APP 和门户网。但目前还存在以下问题：（1）数据服务和数据挖掘能力不够。决策气象服务信息数据还是基于 CIMISS 数据环境，进行数据提取、分析,利用已开发的“天擎”数据环境，针对决策用户需求的数据整理和数据挖掘技术不够。（2）重大综合性决策气象服务响应能力不足。在重大生态环境监测评估、灾害性天气过程决策气象服务中，决策气象服务人员无法根据监测和预报数据及时响应，服务的及时性和快速响应能力有待提高。（3）部门内部横向、纵向协同机制不健全。综合决策气象服务产品是依据多部门协同合作完成，目前仍采用任务下发方式，造成决策气象服务效率低下。（4）决策气象服务与外部门互融互通信息化程度不高，由于缺乏有效信息沟通渠道，对决策用户需求和反馈处于空白。（5）决策气象服务产品制作和发布智能化程度低。产品制作大部分是以人工编辑为主，信息发布仍采用人工发送邮件和传真方式，远落后于网络时代发展。基于上述现状，利用信息技术建立“数据云+智能平台+快速精准服务”的决策气象服务建设模式。针对生态环境保护、气象灾害防御等领域建设决策气象服务数据云资源；建立基于快速响应的产品智能化制作平台；建立快速精准的服务机制；建立、健全决策气象服务业务智能管理和不同用户的决策服务供给体系；利用多源融合数据，持续强化对湖泊湿地、沙漠沙地等生态敏感区、脆弱区和“三北”防护林等重点生态治理工程的精细化生态气象监测评估，发展关于自然生态安全边界的气象灾害影响决策服务。1 决策气象服务信息化建设思路1.1 以大数据为基石，构建决策气象服务数据云资源 数据资源是决策气象服务的基石。根据决策气象服务产品综合性强、所需信息量大的特点，建立监测、资助项目：中国气象局软科学研究项目（2022ZDIANXM04）内 蒙 古 气 象262022 年第 3 期预报预警、社会信息、影响评估模型等数据资源池。利用大数据云平台，分类建立实时气象观测数据、生态环境监测数据、卫星遥感监测数据、灾情监测数据等数据库；建立中短期预报数据、气候预测数据、预警数据等预报数据库；建立土地覆盖类型、农作物种植类型、地形地貌、土壤类型、植被类型、河流、水库、工厂、学校、道路交通、民航机场及人口、GDP 等地理信息和社会经济信息数据库；建立三级决策气象服务模板库（包括重大气象信息专报、气象预报信息、气象灾情直报等）；建立决策气象服务素材和建议库，建议库针对干旱、暴雨洪涝、强对流天气、寒潮大风、暴雪、森林草原火灾等灾种和生态建设及评估类产品存储相对应建议；建立基于智能网格预报数据的灾害性天气决策气象服务自动响应指标库和影响评估模型库等。通过数据库建设，实现不同来源结构化与非结构化的数据资源有机集成、科学管理和有序共享。依托大数据云平台进行多源数据综合展示和分析查询。基于高精度地图展示和查询，为决策用户提供及时、有效、精准的多元可视化信息。1.2 以信息技术实现多业务部门协同工作和共享 协同工作是决策气象服务的枢纽。决策气象服务一直以来以“小实体、大网络”为运行机制，服务产品由决策部门“小实体”下达任务，多业务部门共同完成。根据决策气象服务业务流程，建立气象部门内部横向、纵向和外部横向的决策气象服务任务、产品发起、信息共享的协同工作机制。横向是在同级部门和用户之间，以任务和流程为核心实行多业务部门在线协同工作，进行任务发起、执行跟踪、结果查看、产品审核和签发；纵向是下级（盟市级、旗县级）部门向上级（自治区级、盟市级）部门发起指导产品制作需求，下级部门根据上级部门制作的指导产品制作本部门产品，建立气象部门之间的协同共享。气象部门与决策用户（包括水文、建筑、林草业、农牧业、环境等部门）实现数据和决策气象服务产品共享以及决策用户需求（约稿）和意见反馈。多业务部门协同工作通过流程引擎，将各业务单位、各级别业务用户和外部门用户实现组织协同和共享。1.3 建立决策气象服务智能化三级制作平台 产品制作是决策气象服务的核心。实现智能化制作是对决策气象服务业务的有效提升和发展。在互联网、大数据和人工智能信息技术的支持下实现决策气象服务的自动响应、数字制作、灾害影响分析和评估。1.3.1 灾害性天气过程决策气象服务自动响应指标 的确立以暴雨和暴雪灾害为例 （1）暴雨自动响应指标的确定 根据内蒙古 19612021 年 119 个气象站日降水量与洪涝灾害（中国气象灾害大典内蒙古卷 中国气象灾害年鉴、气象灾害灾情直报系统获取灾损数据）分析各项损失关系，得出内蒙古农作物受灾面积、受灾人口和直接经济损失均与降雨量、暴雨量、暴雨日数正相关,与降雨量和暴雨量显著正相关。直接经济损失与降雨量的相关性最强，其次是农作物受灾面积和受灾人口。因此，选取 19612021 年有暴雨洪涝灾害造成内蒙古各盟市、旗县地区直接经济损失灾害发生过程，对应灾害发生时的日降雨量，采用百分位法，利用 Matlab 计算风险预警指标，分别取90、80、60、40 百分位点，将风险指标分为 1 4 个等级得出响应指标（见表 1）。表 1 暴雨灾害天气过程指标灾害等级影响程度日降雨量/mm一级灾害特重 90.0二级灾害严重77.0 89.9三级灾害较重64.0 76.9四级灾害一般63.9 47.5 （2）暴雪自动响应指标的确定 根据 19502020 年内蒙古自治区各旗县降雪造成的经济损失、雪灾出现频率，采用各旗县平均灾损强度及气象灾变指数，计算各旗县的气象灾损值，并以此值作为雪灾灾度指数，进行内蒙古降雪灾害区划（见图 1），用以标示不同地区降雪灾害的受灾程度。采用统计分析、百分位数方法研究不同灾害分区下不同等级雪灾的降雪阈值6。图 1 内蒙古自治区雪灾风险区划 统计不同灾害分区下，历史灾情对应的过程降雪量（R）值，单位为mm。利用SPSS软件计算百分位数。结果见表 2，按照历史灾损信息，将 15%、60%、65%、75%、80%、90%百分位数对应的 R 值设置为不同灾害等级，得出指标阈值。1.3.2 决策气象服务产品智能化制作 通过对暴雨、强对流、寒潮大风、暴雪等灾害性天气过程风险指标检测，触发决策气象服务响应指标，自动调用决策气象服务产品模板库中相应模板，根据数据分析完成实况和预报等相关文字和图表的填充，自动匹配决策气象服务素材库和影响分析库中对应决策重点关注与建议，根据用户需求分类存储于决策气象服务产品库。产品制作中素材是重要组成部分，不同产品对应不同素材，根据产品内容对素材进行划分，实现产品快速生成。通过预先模板配置，自动对素材进行插入并生成所需决策气象服务产品。120 E110 E100 E经度40 N50 N纬度2022 年第 3 期内 蒙 古 气 象271.3.3 灾害性天气影响评估分析 在我国，气象灾害造成的经济损失占所有自然灾害经济总损失的 71%左右7。灾害性天气影响分析评估是决策气象服务的重中之重。灾害性天气影响分析分灾前预报预警、灾中跟踪和灾后影响分析评估。灾前影响分析是对即将发生的暴雨、暴雪、寒潮大风等灾害性天气精准预报的同时，根据不同灾害类型对孕灾环境（敏感行业和地区）可能造成灾损的影响进行分析；灾中跟踪是对已经发生的灾害进行影响分析并对还将继发的灾害进行预报及叠加效应影响分析；灾后影响分析是对发生灾害的结果进行评估。据此，灾害性天气影响分析流程信息化的基本方法基于自然灾害风险原理：灾害风险灾害危险性 受灾对象 暴露财产经济数 脆弱性指数，调用决策气象服务基础数据库的各类数据与决策气象服务指标模型库中灾害判识指标和风险等级计算模型，自动计算并研判暴雨、寒潮大风、暴雪等灾害风险等级，生成的结果以数据和图表形式存储于决策气象服务产品库，进行灾害风险产品制作，得出灾害性天气对生态脆弱区和敏感区的人口、交通、农牧业等影响分析（见图 2）。表 2 暴雪灾害不同分区下百分位数对应降雪量指标 阈值百分位数/%灾害重度区指标/mm灾害中度区指标/mm灾害轻度区指标/mm101.73.23.8152.44.45.0202.85.56.0253.36.46.6303.77.07.2354.37.98.3404.79.69.8455.711.310.6506.412.411.4556.814.312.8607.616.815.3658.518.717.1709.421.318.27510.624.820.28012.030.527.68516.633.935.09023.638.742.2灾害种类评估模型影响分析（对人口、道路交通、牲畜、农作物、房屋等）结果生成暴雨强对流（冰雹）寒潮大风暴雪暴雨灾害判别指标计算方法冰雹灾害指标计算方法寒潮大风指标计算方法暴雪灾害指标计算方法图 2 灾害性天气影响评估分析流程2 建立决策气象服务精细化服务2.1 基于服务分类的产品快速精准发布 建立自治区、盟市、旗县三级面对内蒙古自治区党委、政府、人大、政协和内蒙古自治区应急管理厅、农牧厅、生态环境厅、林业和草原局等部门的电子邮件目录，按照产品属性分级建立列表库。采用JavaMail 技术、网络 Web 服务接口调用等技术,实现决策气象服务产品面向各部门的高速自动传真和电子邮件一键式自动发送；建立决策气象服务微信发布平台和应急响应联系人库，采用推送（Push）型与关注（Pull）型针对重大灾害性天气过程对应急响应联系人进行叫醒发布机制。2.2 基于场景构建灾害天气监测和三维显示 构建生态脆弱区、敏感区