一种基于时空时效响应的内涝风险动态预警方法及系统与流程

本技术涉及气象数据处理与风险预警，具体涉及一种基于时空时效响应的内涝风险动态预警方法及系统。

背景技术：

1、近年来，在气候变暖背景下，强降水事件呈现频次增多、强度增强的趋势，致使各地内涝灾害的发生频率、强度及造成的损失持续加剧。内涝气象风险预警是基于气象部门的降水预报，结合城市或地域下垫面条件，对可能发生的内涝风险及其风险等级进行提前预警。准确、及时、可靠的内涝气象风险预警，有助于促进防灾和应急模式从被动反应转向主动预防。

2、然而，现有的内涝预警方案或模型存在大量空报现象，主要原因就是降雨云团的随机不确定性，其外推的路径和移动速度可能存在较大变数，导致预报的降雨落区与实际降雨落区出现空间错位，从而使得预警的失效或空报。

3、在内涝预警时，通常以内涝积水点为中心设置一个降雨警戒区，当云团进入警戒区时触发预警预判。传统的内涝预警区主要采用三种方式划分：固定半径法（以内涝点为中心预设半径或距离划为警戒区）、行政边界法（将积水点所在预设行政区域划为警戒区）以及等时线法（基于预设云团移速划出等时边界）。然而，上述方式设置的预警区本质还是固定的静态的警戒区，其存在两大弊端：一是未能建立“预报可信度”与“预警提前量”之间的平衡机制，警戒区或边界缺乏基于雷达外推误差统计与积水点响应时间的科学依据，若范围过大，云团进入时距离较远、外推不确定性高，易导致空报；若范围过小，云团进入时可能预警判断触发过晚、应急准备不足，致使预警时机无法兼顾准确性与时效性。二是静态边界无法适应雷雨云团强度和移动速度的实时动态变化，而云团实际移动常伴随加速、减速、增强、减弱等非线性变化，容易导致预警失效与错误。

技术实现思路

1、基于此，本技术针对上述问题，提出了一种基于时空时效响应的内涝风险动态预警方法及系统，旨在提高内涝预警的稳定性与准确性，大幅减少预警的空报、错报的情况。

2、本技术一方面提供一种基于时空时效响应的内涝风险动态预警方法，所述方法包括：

3、基于内涝点地表水文特性构建内涝点的第一时效响应区；

4、根据历史云团数据构建内涝点对应的第二时效响应区，并确定对应的时效响应时间；

5、基于当前雷达拼图提取强降水目标云团，并监测当前强降水目标云团的位置、运动矢量；

6、若当前云团进入或接近第一时效响应区，则触发启动内涝风险预警预判；

7、若目标云团进入或接近内涝点对应的第二时效响应区，则启动追踪监视流程，并基于时效响应时间、目标云团的运动矢量判断是否内涝风险预警预判。

8、优选地，在一个实施例中，构建内涝点的第一时效响应区，包括：

9、采集内涝点周边的高分辨率dem数据；

10、基于单流向算法对内涝点进行流向分析计算；

11、提取地表径流路径，对径流路径进行等级划分，并确定内涝点的汇水分区；

12、基于dem地形数据确定上游地表径流路径，并提取地表水流最终汇入该内涝点的空间范围与边界，得到内涝点的第一时效响应区。

13、优选地，在一个实施例中，构建内涝点对应的第二时效响应区，包括：

14、采集内涝点历史强降水事件，追踪经过内涝点的历史强降水回波的移动轨迹；

15、基于历史强降水回波的移动轨迹，计算对应历史强降水云团相对内涝点的径向速度与方位角；

16、以内涝点为中心，对内涝点周边进行全域划分为多个方位区；

17、统计各方位区历史强降水云团的最大径向速度，确定各方位区对应的警戒半径及顶点坐标，并构建内涝点对应的第二时效响应区；

18、生成空报率随外推时效的变化关系，以空报率为控制目标确定可信外推响应时间，并确定第二时效区对应的时效响应时间trad。

19、在一个实施例中，所述方法还包括：

20、计算各追踪点到内涝点的相对距离，并基于相邻两个追踪点的时间间隔得到各追踪点相对内涝点的径向速度；

21、基于各追踪点坐标确定各追踪点相对内涝点的方位角；

22、选取预设有效追踪点，基于有效的追踪点计算历史目标强降水云团相对内涝点的径向速度与方位角。

23、优选地，在一个实施例中，所述方法还包括：

24、基于各方位区对强降水云团进行分类，统计每个方位区的历史强降水云团的数量和最大径向速度vmax,d；

25、基于预设的目标时间t，确定各方位区对应的警戒半径rd:

26、，

27、根据各方位区警戒半径，确定各方位区对应的顶点坐标；

28、基于各方位区对应的顶点构建内涝点对应的第二时效响应区。

29、在一个实施例中，所述方法还包括：

30、按预设时间间隔，接收最新时次的雷达组合反射率拼图；

31、基于连通域标记法分割独立云团，并提取组合反射率大于预设阈值的强降水目标云团；

32、将目标云团识别转为栅格掩膜，并与第二时效响应区和/或第一时效响应区做空间相交分析；

33、若存在交叠，则确定目标云团进入或接近对应第二时效响应区和/或第一时效响应区。

34、优选地，在一个实施例中，启动追踪监视流程包括：

35、提高追踪频率提取和/或监视目标云团；

36、实时更新计算目标云团的移动方向、移动速度及目标云团到达内涝点的时间tarrival，若当前tarrival≤trad，则触发预警预判。

37、优选地，所述预警判断包括：

38、基于当前目标云团的运动矢量，生成内涝点未来预设时间内汇水区的降水估计；

39、基于各汇水分区与内涝点的汇流关系，测算得到进入内涝点的总汇流量及积水深度；

40、根据积水深度生成内涝点的内涝气象风险等级，并进行预警。

41、本技术第二方面提供一种基于时空时效响应的内涝风险动态预警系统，所述系统包括：

42、第一响应区构建单元，用于基于内涝点地表水文特性构建内涝点的第一时效响应区；

43、第二响应区构建单元，用于根据历史云团数据构建内涝点对应的第二时效响应区，并确定对应响应时间参数；

44、云团提取单元，用于基于当前雷达拼图提取强降水云团，并监测当前强降水目标云团的位置、运动矢量；

45、预警预判单元，用于若当前云团进入或接近第一时效响应区，则触发启动内涝风险预警预判；若目标云团进入或接近内涝点对应的第二时效响应区，则对目标云团进行追踪监视，并基于时效响应时间、目标云团的运动矢量判断是否内涝风险预警预判。

46、本技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。

47、本技术第四方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。

48、本技术上述提供的内涝气象风险预警方案，基于时效响应机制构建内涝点的第一时效响应区及内涝点对应的第二时效响应区，形成双时效响应区，进而根据云团信息及预设的预警预判处理机制，有针对性地对当前云团进行追踪预判和/或内涝风险预警。本方案将 “空间分层监测、时效条件触发” 的有机融合，构建了一个面向内涝积水点的动态自适应时效响应区及预警预判处理机制，既能保证雷雨云团移入时效响应区后，雷达外推信息具有相对稳定的预报准确性，又能保证雷雨云团从进入时效响应区到抵达内涝积水点的响应应急时间。

49、进一步地，本技术方案所构建的第一时效响应区基于内涝点的高精度地形、流向分析划定，形成“即时响应区”，该区域范围内一旦有强降水发生，积水风险将迅速上升且几乎不存在外推路径的不确定性影响，可以最大程度压缩响应延迟。同时，第二时效响应区为基于历史云团数据分方位驱动的非对称动态响应区，其锚定预警窗口，既保证了充足的监视提前量，又节约了计算资源。并通过建立与时间时效的联系机制，有效过滤远距离不可信云团引发的空报，及通过分方位的非对称设计使响应区形状随云团来向和属性动态变化，克服了固定区域忽视云团移动物理规律的弊端。