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基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统.doc

基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统

全是男人的错
2017-11-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统doc》,可适用于高等教育领域

基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统用气象研究与应卷第第期VolNo期年月JOURNALOFMETEOROLOGICALRESEARCHANDAPPLICATIONDec文章编号,,,基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统梁维亮,黄明策,屈梅芳,,广西南宁,广西气象台摘,、,EC,、,ArcGS要基于中尺度自动站雨量资料欧洲中心细网格数值预报雨量资料广西雷达数据利用I提取河流边界地理信息,通过用MICAPS、SWAN,系统二次开发,数值模式产品应用,面雨量对比等方法建立广西中小河流山。系统能自动生成各种气象要素的可视化警报、预报产品,经过在年汛期若干天气过程洪气象风险监测预警系统,可以应用到精细化天气预报业务中。的应用显示了较好的监测预警作用关键词,ArcGIS,流域边界,MICAPS,SWAN,,风险等级,A文献标识码中图分类号,TPAMonitoringandWarningSystembaseontheArcGSfortheIRiskofGeologicalFloodDisasterinSmallandMedium,sizedRiverBasinsinGuangxiundertheMeteorologicalConditionsLiangWei,liang,HuangMing,c,eQuMei,fang,GuangxiProvinceMeteoologicarlObservator,yNanningGuangxi,,Abstract,Basedondatafromautomaticainfalrlstation,ECforecastin,gandradar,amonitoringandwarningsystemisbuiltfortheriskofgeologicalflooddisasterinameteoologicarlconditionbyusingtheArcGIS,MICAPS,SWAN,,andcomparisonmethodThe,visualwarningandforecastin,gwhichisautomaticallygeneratedbythissystem,isconducivetomonitoringandwarningoflotsofsevereweatherin,Itshowsthatthesystemcanbeappliedindailyfineweatherfoecastingr,Keywords,ArcGIS,basinboundary,MICAPS,SWAN,,riskrank广西地处云贵高原东南缘,境内江河纵横,水系。许多研究山洪发生的方法都是针对山因素是降雨,,,洪泥石流发生与雨量、雨强的关系开展的。发达,中小河流众多,流域面积km以上河流共有随着气象部门多时次、无缝隙立体监测网和精条,总长,万km。流域面积:km的小细化预报体系的建立,如何快速计算各流域的面雨河流有条,占,,,其中集水面积大于量,进而与致洪临界面雨量对比,确定中小河流山洪,,km的河流有条。这些中小河流往往河网地质灾害气象风险等级,提高预警发布提前量,是现短小,强降雨引起的洪水具有历时短、强度大的特点,特别是发生在山区溪沟,一般集雨面积小于,,,空间技代气象业务建设亟待解决的问题。GISkm,里的山洪,极易诱发泥石流、崩塌、滑坡等灾术的应用是解决流域面雨量精细化计算的有效途,,,害,已成为造成人员伤亡的主要自然灾害。已有径,并已经研发出相应独立的山洪地质灾害业务应,,,研究表明,山洪灾害的形成与气象、水文、地质等,,,用系统,对山洪地质灾害预报起到一定的促进条件密切相关,是由地形地貌、地层岩性、降雨等许作用。但是,这些系统的开发脱离了气象业务的核心多因素共同作用造成的结果,其中最活跃、最主要的平台MICAPS,不利于在各级气象台站的普及应收稿日期,资助项目,桂气科,,桂气科,桂科攻,,共同资助作者简介,梁维亮,,,,男,广西南宁人,硕士,工程师,从事短时临近预报工作。务集约化发展。本研究从解决这一问题出发,在我国,并通过生成本区域的面雨量产品和风险等级产品综合订正,下发县级或直接对外发布气象风险等级气象业务主要平台MCAPS框架内,利用GS技术、II信息产品。整个业务流程体现“指导,订正,反馈”的WIN的API技术实现中小河流山洪地质灾害气集约化现代气象业务特点。象风险产品制作、三级集约化预报指导与订正和风险预警发布的一体化业务系统,有效推进中小河流山洪地质灾害风险预警等级业务的业务化运行。资料,,使用的地理信息资料为国际农业研究磋商小组的CSI地理空间数据网,CGIAR,CSI,提供的米分辨率的数字高程数据,DEM,。,http,,srtm,,csi,cgiar,org,,,,,广西中尺度自动站网雨量资料和经纬度信息,,,基于广西新一代雷达网基数据经SWAN反演的定量降水估测和定量降水预报产品,流域基础地理信息提取技术,,CMACast下发的EC细网格雨量预报资料,中小河流山洪气象风险预警系统实现的核心分辨率,×,,时效:h,其中:h为h,关键,技术主要是流域边界的确定和如何从一个大间隔,:h为h间隔。区域的栅格或者离散化站点雨量分布文件中提取特定流域边界所包含的格,站,点两个方面。流域边界的确定借助ArcGIS软件系统,边界内包含的格,站,系统总框架和业务化流程点则通过编写程序利用坐标转换和WIN下的MICAPS系统的功能优势主要体现在气象资料API技术实现。的分析处理上,对地理信息只是提供基本的显示功,流域边界提取能。为了在MICAPS系统中正确识别雨量站点或降在ArcGS环境下基于DEM提取流域信息已经I水预报格点分属哪些流域,并利用算法计算流域内,,,有很多的研究,总结了一套成熟的方法。基本的的面雨量,与前期统计的致灾面雨量阈值进行对比思路如图所示。判别,最终形成风险等级产品,需要利用ArcGIS系首先对DEM进行预处理。最初始的DEM通常统对河流的地理信息进行前处理,将ArcGIS输出的需要剪切,选取合适的剪切范围可以在保证信息完流域地理信息转换成MICAPS系统的内置地理信整的前提下节约储存空间和计算时间。接着使用水息,扩充MICAPS功能,最后借助于MICAPS对栅格文工具集,Hydrology,中的Fill工具对洼地进行填数据、线条数据的分析功能实现风险等级的订正发充,以避免造成水流逆流的情况,影响河网的识别。布。整个系统的框架如图所示,整个系统基于C,S至此预处理完成,可以进行河网、边界的提取。构架设计,在服务器端实现自动站雨量、雷达估,预,河网和边界的提取大致可以分为个步骤,测降水、数值预报雨量数据的下载、解码、雨量插值,,用FlowDirection工具计算每个网格的流计算、面雨量计算、风险等级计算等任务。服务器端向。ArcGIS通过每个格点相邻个网格的高程计算形成种产品,MICAPS第类或类格式,,一是水流方向。需要注意的是相邻网格高程差别小,即平分辨率km的网格化雨量资料,二是根据ArcGIS坦地形的情况下流向为随机,对河网的识别有明显系统前处理提供的地理信息,流域边界、流域内站点影响,信息,计算得到的流域面雨量产品,三是根据普查、,,根据流向用FlowAccumulation工具计算每统计历史灾害资料得到的阈值确定的风险等级指导个网格的汇流累积量。汇流累积量即上游汇水网格产品。三种产品全部推送到市级服务器或在区级客数,表征上游有多少网格的水将汇流到此网格,户端上显示。市局根据本行政区流域信息,用同样的梁维亮,黄明策,屈梅芳,基于GIS的广西中小河流山洪气象风险监测预警系统期,,用工具提取汇流累积量大,地球坐标转换像素坐标,将提取的,RasterCalculatorArcGIS于阈值的网格。事实上,汇流累积量对应着该处的水流域边界和站点的地球坐标经纬度值转换为逻辑坐流量,因此可以设定一个阈值,通过调整阈值来控制标,屏幕坐标,的像素值,所提取出的河流的大小,,,利用PtInRegion判断是否为流域边界内的像素点,是则保存该像素点的X、Y坐标值。,在河网上选定出水口,提取流域范围。新建,,,像素坐标转换地球坐标,将屏幕坐标的X、并编辑一个矢量图层,用工具计算PointWatershedY像素值转换为经纬度值,按MICAPS格式要求输流域范围,出,形成MICAPS内置地理信息文件。,,将河网和流域边界点矢量化。用Streamto,,人工修订边界附近的点,因为分辨率的原Feature工具将河网转换为Polyline矢量。此时可对因,仅利用PtInRegion判断的方式可能无法正确判Polyline进行编辑,以修正因平坦地形、洼地填充等断某些边界附近的点是否属于区域内,可以通过人原因可能会造成的河道识别错误。修正后,用工确定的方式添加到地理信息文件中,确保所有的FeatureVerticestoPoint工具将河流转换成Point矢测站在计算面雨量时都可以正确调用到。量,最后在图层属性中添加两列,分别计算河流点的经度和纬度,输出为文本格式。而对于流域边界,则需要先用RastertoPolygon工具转换为Polygon矢基于系统地理信息应用完成地理信息处理和雨量解码、插值计算之后,量,再用工具转换为矢FeaturetoPolylinePolyline区级服务器利用面雨量计算算法,算术平均法、泰森量,然后用相同的方法进行修正和提取经纬度。多边型法、等雨量线法、网格法,计算各闭合区域的面雨量值,并生成MICAPS格式的文件推送到市级服务器,或直接在客户端显示。将河流和流域边界处理成MICAPS第类数据格式,地理线条数据格式,,以供客户端MICAPS、SWAN业务平台调用。另外,将流域边界信息处理成MCAPS第类格式I,通用地理标志描述格式,,供SWAN,服务器和客图流域信息提取流程图户端调用。第类格式是新增的一种数据格式,普遍应用在MCAPS和SWAN中,用来表述报警、用I流域内雨量点提取,户自定义地图等地理性质的数据。在水文气象学的应用中,经常会计算某一个特广西地形总体上属于山地丘陵地形。山地丘陵定区域,比如流域、湖泊、水库的集雨面积,的面雨之间盆地相间,造就了众多中小河流,,。图是广量。这种情况下,首先需要确定哪些雨量测站是处在区域中的。人们通过人脑的主观判别方法很容易西中小河流流域分布图,通过ArcGIS在全区范围内就可以识别出来,然而计算机很难完全模拟人脑的共划分出中小流域个,覆盖了广西绝大部分区域。这种感知意识、逻辑分析和判断能力。若要确定某个另外针对某些流域中比较重要的小流域做了进一步不规则区域范围内的点,处理起来就困难得多,需要划分,以加强对重点区域的监测和预报服务工作。借助计算机图形学中的相交判别、区域填充等技术来解决这个问题。WinAPI即Microsoft位平台的应用程序编程接口,ApplicationProgrammingInterface,,它提供应用程序底层强大功能,使用WinAP,应用程序可以充分挖掘Windows位I操作系统的潜力。API函数PtInRegion的作用就是实现判断点是否在多边形内的功能。通过利用可视化编程环境VisualBasic调用API函数,PtInRegion,实现各个流域内雨量站点经纬度信息的提取,主要步骤包括,图广西中小河流流域划分供了丰富的碎屑物和有利的地质、气候环境,,。广具有监控自动站数据的功能,设定合SAN,W西的地质山洪灾害隐患点数量巨大,仅影响人口适的阈值后即可对各种要素进行筛选和监测,在时间和空间分辨率上比以往大有提高。运用ArcGIS人以上的隐患点就多达个。在短时临近预中得到流域边界,提取流域内自动站雨量计算出实报、预警中能快速准确地显示隐患点的位置十分重况面雨量,与致灾阈值对比即得到当前的面雨量报要。SWAN,中第类数据格式提供了显示功能,警。,可以在该隐患点的属性中添加各种地理信息使查年月日凌晨,hPa高空槽引导询变得快速简便。hPa切变线和地面冷空气南下影响,桂东北大部地区出现了暴雨、大风等强对流天气。SWAN,及产品可视化应用时准确地发出了自动站要素报警,图a,。月随着区域自动站建设步伐加快,全区自动站数日,在台风“韦森特”影响下北部湾沿海个中小流量超过了个,同时采样密度也大大提高,达到域的实况面雨量超过阈值,SWAN,发出级风险min一次,有些站点甚至达到了分钟级。充分利用报警,图b,。实践证明,SWAN,的监测功能较强,自动站网对灾害性天气进行监测是做好防灾减灾工为预警工作提供了重要指引。作的一种有效手段,也是预警信息发布的重要数据ab图月日~时自动站报警,a,,月日面雨量报警,b,另外,数值预报技术的发展,高时空分辨率的数,发生山洪地德”将对广西西南部沿海带来严重影响值模式雨量产品是延伸短时临近预报时效的重要内质气象灾害的可能性大。经对比,预报与实况落区一致,为中小河流的山洪地质灾害的气象风险提供了容,目前欧洲中心,EC,细网格降水预报是世界上公一个可靠的预警手段。认的质量最好的、分辨率最高的数值预报产品,在暴洪预报预警和重要气象服务保障的短时临近预报中被当作重要参考。根据SWAN,中实况面雨量报警结论与讨论的思路,用EC细网格预报代替自动站数据,则可以通过运用ArcGIS技术、应用自动站数据和EC对中小流域的面雨量、山洪地质灾害风险等级做出细网格雨量预报,以MCAPS和SWAN,平台为依I预报。将流域边界内的格点雨量预报做算术平均求托建立了一个针对广西中小河流山洪地质灾害气象得流域面雨量预报,然后与致灾面雨量阈值对比确风险的监测预警系统。经过在年汛期若干天气定风险等级。图为台风“启德”即将登陆雷州半岛过程中的使用,该系统对灾害性天气有较好的监测时,根据EC细网格雨量预报生成的山洪地质灾害作用,并且能结合数值预报对山洪地质灾害的气象气象风险等级预报,显示月日时前后“启风险做出预报预警。,下转第页,黄仁立,缪世宁,凌宗良等,驾驶员科目二考试电子考场防雷防护技术探讨期用,,,,,,,,对于不断增加的项目都要跟踪防护,如增加,,周开春,何明峰,多种降阻剂材料搭配在变电站接地网摄像头进线输入、安挂在避雷塔上的灯等都要做好改选中应用,J,,广西气象,,,,屏蔽及绝缘等措施。参考文献,,,劳汪青,潘家利,采用几何计算法判断三支不等高避雷针的保护范围,J,,气象研究与应用,,,,,,,,,,梅卫群江燕如建筑防雷工程与设计北京气象出版社,,,,,杨召绪,移动通信基站的防雷地网综合设计,J,,广西气,,GB,,,,建筑物防雷设计规范北京中国计划出,,,,,,象版社,,,,韦卓运,陈秉华,对建筑物防雷设计存在问题的探讨,,黄仁立,朱宣儒,谭瑞伟,等,防城港市磷酸系列化工,J,,广西气象,,,,,,厂雷电综合防护措施,J,,气象研究与应用,,,,,,J,,乃远程浅谈计算机网络系统的防雷设计气象研究,,,,,,,,,,与应用,,黄仁立,谭瑞伟,朱宣儒,等,广西防城港海港危险货物露天堆场防雷防护设计及施工,J,,气象研究与应,上接第页,,,,,,崔鹏刘世建谭万沛中国泥石流监测预报研究现状该系统开发和试运行时间还不长,还有很大的开发潜力,未来将在以下几个方面进行改进,与展望,J,,,,,,,,自然灾害学报,,宋志,巴仁基,刘宇杰,磨西河特大型泥石流堵塞大渡,,山洪地质气象灾害方面的科研、业务将得到以一次泥石流、河分析规模不同频率雨洪法流量深入开展,更多的区域自动站将陆续新建。SWAN,定量计算,J,,灾害学,,,,,,在综合显示、监测、预报预警方面将发挥更大的作,,,,,,J,,崔鹏高克昌韦方强泥石流预测预报研究进展用。中国科学院院刊,,,,,,,,将各种数值预报,如日本细网格、MM、,,陈栋,郁淑华,江玉华,青藏高原东部泥石流滑坡的雷GRAPES等模式产品引入,形成多家模式的对比、集达监测研究,J,,,,,s,,,高原气象合应用,将为监测和预警提供更多更可信的参考。,,王仁乔,周月华,王丽,等,湖北省山洪灾害临界雨量,,在精细化的要求引导下,将流域划分成更细及降雨区划研究,J,,高原气象,,,,,,的等级,以提高预报的空间分辨率,并将整套系统推广到市县级的气象台站,形成省、市、县三级的预警。,,黄永麟,王志怡,农民强,GIS在广西山洪灾害预警中参考文献,的应用,J,,气象研究与应用,,龙益辉,对广西中小河流治理的探讨,J,,水利建设与管,,,,WebGIS技术及其在气象叶青陈冰廉领域的应用,,,,,,理,J,,广西气象,,,,,,,,曲晓波,张涛,刘鑫华等,舟曲“,”特大山洪泥石流,,董蕙青,谭凌志,郑凤琴,等,广西汛期地质灾害预报预警技术,J,,广西气象,,,,,,灾害气象成因分析,J,,气象,,,,,,,,全文杰,刘流,管杰裕,等,贵港市气象诱因地质灾害检测预测系统,J,,广西气象,,,,,,,,郁淑华,高文良,“,”汶川特大地震重灾区泥石流滑坡气候特征分析,J,,高原山地气象研究,,,,李丽,郝振纯,基于DEM的流域特征提取综述,J,,,,地球科学进展,,,,,,,郁淑华诱发泥石流灾害的四川盆地大暴雨过程分析,,徐新良,庄大方,等,GIS环境下基于DEM的中国流,J,,气象,,,,,,域自动提取方法,J,,长江流域资源与环境,,,郁淑华,四川盆地泥石流、滑坡的时空分布特征及其气,,,象成因分析,J,,高原气象,,,s,,,,,赵洁妮,黄建萍,白先达,广西地质灾害分析及防御研,,杜惠良,钮学新,殷坤龙,等,浙江省滑坡、泥石流多究,J,,气象研究与应用,,,s,发区气象预警研究,J,,高原气象,,,,,,

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