海洋精细化预报减灾的“南通样本”——解读东海区首个国家级海洋预报减灾示范区

来源:中国海洋报   发布时间:2016-01-22 11:07:17 
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经过南通海洋环境监测中心站、东海预报中心、东海信息中心等单位历时3年多的建设和一年多的试运行,东海区首个国家级海洋预报减灾示范区——南通海洋预报减灾示范区(以下简称南通示范区)近日全面建成并投入业务化运行。

南通示范区由立体观测监测系统、精细化预报系统、信息服务平台系统和防灾减灾应用系统组成。以南通市县(区)两级政府和海洋行政主管等部门履行灾害防御职能、重点保障目标企事业单位生产运行和沿海渔业乡镇、渔民生产生活对海洋预警报服务需求为导向,通过深度整合区域内国家与地方海洋观测站点资源,有效转化应用苏北浅滩“怪潮”公益性项目等科技成果,集成应用区域内观测预警、风险防范、调查评估和应急响应等工作成果,有效保障了预报发布渠道“最后一公里”的畅通,并破解了预警报服务产品用户“看不懂”难题。

■本报记者 张华明戴路吕宁

20151227日召开的南通示范区建设项目验收会上,与会专家充分肯定了南通示范区可复制推广的示范作用,对于深化我国海洋减灾业务体系建设,提升我国海洋综合减灾能力,建立与沿海经济社会发展相适应的海洋减灾工作体系,健全海洋灾害风险防范分级管理、灾害应急响应和数据信息共享机制具有重要意义。

中国工程院院士潘德炉在验收会上表示,南通示范区项目建设取得了4项成果:一是有效整合了国家与地方海洋观测监测资源。二是精细化预警报产品符合南通沿海海域特色和特定用户需求,破解了预报产品“看不懂”的难题。三是预警报信息服务平台解决了预警报产品发布“最后1公里”问题。四是为我国区域性海洋精细化预报减灾起到了很好的示范作用。

◆构建海洋观测监测系统

南通海岸以淤泥质为主,近海又分布有广阔的辐射沙洲。在一段时期,南通沿海海洋观测站点数量稀少,2009年前仅有吕四、外磕脚两个综合观测平台站,且观测要素不全。在我国沿海11个省市自治区中,承担包括南通在内的江苏沿海海洋观测环境监测的中心站也成立得最晚。

20096月,国务院批复同意江苏沿海地区发展规划,提出要建立省地市两级海啸、风暴潮海洋灾害应急预案,加快建立海洋预报预警服务业务和信息发布体系,及时发布海洋水文、海浪预报信息,重点加强海洋灾害监测、预警,提高防治海洋灾害能力,保障人民群众生命财产安全。

落实国家江苏沿海大开发战略,国家和地方在南通沿海观测站点的建设提速。在南通示范区建设之前,国家海洋局东海分局通过承担“苏北浅滩怪潮灾害监测预警关键技术研究及示范应用”的国家海洋公益性项目,在南通沿海构建了由洋口港岸基站,吕四、外磕脚、竹根沙、火星沙4个观测平台站,洋口港3米波浪观测浮标、苏北浅滩10米波浪观测浮标和洋口港—吕四大唐电厂一对中程地波雷达组成的观测系统。江苏省海洋与渔业局从2012年开始,在南通沿海辐射沙洲建设了太阳沙综合观测平台站,以及西洋、苦水洋、黄沙洋3个桩基潮位站。

经过这一时期建设,南通沿海海洋观测站点数量稀少的局面得到改观,但南通沿海地处辐射沙洲,地形错综复杂,特别是在事故多发海域的滩涂养殖区,观测站点仍近乎空白,现有的海洋观测站点无法满足南通示范区精细化预报的需要。

南通示范区建设期间,采取国家与地方共建方式,相继在地处长江入海口的启东连兴港海监码头新建了连兴港岸基站,在如东小洋口附近海域新建了小洋口综合平台观测站,在南通沿海辐射沙洲滩涂上新建了海安、如东大沙、如东东北尖、如东黄鱼沙、启东5个潮位观测桩基站,在吕四观测平台增设了观测波浪、海流的潜标站。另外,为适应新形势下海洋环境保护工作需要,推进海洋观测与监测一体化,南通示范区还在洋口港岸基站、吕四观测平台站分别布设了一套太阳能水质在线监测设备,对海水叶绿素-a、溶解氧、pH、浊度、蓝绿藻等水质要素进行在线监测。同时,为保障各观测站点数据安全、畅通地传输,在采用微波、光纤方式传输数据的基础上,因地制宜地增加CDMA和北斗数据传输手段,搭建起一个多方式、多备份的数据传输网络。至此,一个满足南通海洋防灾减灾需要的立体海洋观测监测系统基本建成。

南通示范区试运行期间,海洋观测监测数据实现了分钟级实时传输,总体运行良好,数据获取率达到98%以上,符合国家相关规定标准。

◆业务化数值预报模型提供每日数据

南通示范区精细化预报系统的业务化数值预报模型有气象、潮汐海流、海浪模式和MOS动力统计模型和业务化模块,可以满足每日预报所需数据。

气象模式采用“怪潮”项目研制的WRF中尺度风场预报模型。该模型采用嵌套技术在苏北浅滩海域加密计算,水平分辨率5公里,并对海陆风现象的物理刻画进行了改进优化。气象模式模拟结果,经与吕泗站、洋口港站风实测数据比对,风速的平均误差在12.5%12.8%,相关性0.850.86;风向的平均误差在24%25%,相关性达0.95,能够较好地模拟该区域的风场。

潮汐海流模式采用计算速度较快的ADCIRC模型,不仅满足南通沿海辐射沙洲的复杂地形,满足精细刻画使用网格数量多的需要,而且具备精确刻画漫滩、漫堤等物理过程的优势。通过对二维和三维自由海表面流动和物质输运问题的求解,给出水位、流场等模拟结果,满足南通示范区日常业务化海流计算和应急期间风暴潮计算。日常业务化三维模式海流计算,可精细刻画流场垂向结构,同时在溢油漂移、搜救等计算时,可更准确地提供表层流场。应急期间二维模式风暴潮计算,比三维模式的计算速度快,且满足水位变化预报的精度。

海浪模型采用“怪潮”项目所建WaveWatchIII海浪模式与SWAN海浪模式相嵌套模型。小区(苏北浅滩海域)浅水过程用SWAN模式,大区(东径106度至140度、北纬15度至45度)深水海浪用WaveWatchIII模式。海浪模式模拟结果,经与东海、南海多个浮标站海浪实测数据对比,有效波高平均误差在17.8%18.8%,相关性0.820.85,能够较好刻画示范区海域浪场特征。

MOS动力统计模型采用中心在维权保障预报中研发使用的Model Output Statistics动力统计模型。该模型建立预报对象与预报时效内动力学模式输出变量间的统计关系,将动力学模式的输出作为统计学模式的输入,做出预报对象的预报。由于南通示范区实测数据资料丰富,合理选取统计的实测数据时间段,MOS预报效果将明显高于模式直接输出结果,且可随预报时效临近逐步订正,逐渐减小误差值,提升预报精度。

业务化模块采用Linux系统的Shell编程技术和后台管理技术,海洋、气象模式均采用MPIOpenMP并行计算方式。

◆定制化预报产品满足不同需求

南通示范区预报产品制作与推送,是通过建立一套预报业务一体化制作系统和一套海洋观测预报服务平台来实现的。

预报业务一体化制作系统,可调取海区预警报制作及发布子系统推送的数值预报初级产品。调取的数值预报初级产品,由东海预报中心通过海区预警报制作及发布子系统,用预报模式计算出数值预报结果数据,并经自动可视化处理系统处理成初级产品存入预警报产品数据库。

海洋观测预报服务平台通过实时调取预报业务一体化制作系统发布的数据,为用户提供定制化海洋预警报服务产品。

要实现以上目标,首先要了解掌握各类用户的需求,确定预报产品的分类和发布时效。

经过多次实地踏勘调研和需求分析,南通示范区确定了南通市县城市近岸预报和7类重点保障目标的34项保障预报。

南通市县城市近岸预报包括南通市和海安、如东、启东、海门市(县级)和滨海园区。

7类重点保障目标是渔业养殖、捕捞渔场、港口航道、沿海水利设施、滨海工业、滨海旅游度假和重大涉海工程。其中渔业养殖有蒋家沙、海安滩涂、如东大沙、如东东北尖、如东黄鱼沙、启东黄海滩涂、竹根沙和腰沙。捕捞渔场有吕四和长江口渔场。滨海工业是南通滨海工业园区。港口航道有洋口港、连兴港。沿海水利设施有如东堤防工程、掘苴新闸和东安新闸。滨海旅游度假是蛎蚜山滨海旅游区。重大涉海工程是龙源海上风电场。

预报内容根据不同保障目标需求分为大面预报和单点预报,单点预报又分为逐日预报和逐时预报。预报要素包括风、浪、水温、气温、能见度、最佳作业时间、潮汐(高低潮高、潮时)、海流(涨落急时、流速)、码头前沿流憩、旅游舒适度和日出日落时间。

为了让这些定制化的海洋预警报服务产品形象生动,用户一看就能明白,南通示范区设计了海温、海浪、潮汐、海流4个预报要素图标,确定了风暴潮、灾害性海浪预警报图标。海水中温度计图标表示海表面温度

浪花图标表示海浪上下箭头和波纹线图标表示潮汐

左右箭头和波纹线图标表示海流

◆把定制化预报产品送到用户手上

在“互联网+”时代,消费者足不出户就能在网上商城购买商品,再通过快递公司送货上门。南通示范区制作的预警报服务产品,又如何既方便又快捷的满足用户的需要呢?通过建设面向服务对象的信息平台,南通示范区把定制化产品送到了用户手上。

用户可以根据不同权限,在这个平台上查询近岸城市预报、七大类重点保障目标精细化预报产品和海洋灾害预警报信息,用于指导生产作业、指挥调度和防灾减灾,同时根据需要下载短信,转发给诸如海上养殖人员、渔船船长等相关人员。

20147月,在南通示范区试运行前,南通市海洋与渔业局和海门市、启东市、海安县、如东县海洋与渔业局和滨海园区分局的专用设备、网络和信息平台软件都已配置到位。2015710日,南通示范区预警报产品接入东海分局综合管理信息系统。

与此同时,南通示范区通过媒体面向社会公众发布预报产品。201451日,南通日报发布南通沿海和吕四渔场海浪、水温和潮位预报。201455日起,南通电视台新闻综合频道发布南通市与5个区县沿海,以及吕四渔场海浪、水温、潮位预报。如东县有线电视台早在2012年就开始发布包括洋口港、小洋口港,竹根沙、火星沙紫菜养殖区等如东沿海和吕四渔场的海浪、水温和潮位预报。

为跟上移动互联网时代步伐,南通示范区开发了预警报信息移动APP。用户只要在手机上安装南通示范区APP,点击图标,就可以看到南通市地理信息图上的风况、海浪预报。点击图上的“市区县”图标,可看到详细的风况、海浪预报。点击“保障目标”图标下面的“具体保障”目标,可看到这个保障目标的海温、气温、能见度、最佳作业时间和风况、海浪预报,以及逐时浪高、风速变化曲线数值。点击“预警”图标,显示最新风暴潮、海浪海洋预警,把鼠标移动到“台风预警”图标,则显示台风移动路径。

南通示范区建设项目虽然已经通过验收,但示范区预警报产品和服务质量还有待提高和改善,尤其是示范区海洋减灾辅助决策系统建设任务繁重艰巨,还有许多难题需要攻克。根据计划,今年6月要完成海浪灾害辅助决策子系统建设,明年将在完善海浪灾害辅助决策系统并业务化运行基础上,推进风暴潮等其它灾种辅助决策系统的开发研制,实现海洋防灾减灾的工作重心从单纯发布灾害预警,向灾害预警和灾害风险管理并重方向转变。

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