预报监测（精选10篇）
预报监测 篇1
1 引言
最近几年, 全球频繁发生不同程度震级的地震, 我国更是地震灾害频发的国家之一。地震的发生往往给社会带来巨大的经济损失, 使人类的生命安全受到严重威胁, 它向人类显示了大自然的喜怒无常以及人类在灾害面前的渺小和无助。在一些大地震发生前, 由于没有监测出任何的预兆, 这样造成的经济和生命的损失更是无法估量。据可靠统计, 我国汶川地震的人员遇难及受伤数量共约44.3万, 仅失踪人口就达1.7万多, 直接经济损失已经超过一万亿人民币。玉树地震造成的人员遇难和受伤数量达1.4万多, 直接经济损失近三亿。之后的雅安地震累计造成38.万人员受灾, 直接经济损失超过20亿。这些巨大的经济损失和人员伤亡加强了我国对地震监测预报体系的建设的关注力度, 并对其提高了要求。地震监测预报是预防地震、减少地震灾害事业的发展基点和关键环节。新时期要想实现防震减灾的目标, 就要对地震监测预报的科技进行支持和推进, 进一步加强建设地震监测预报体系。
我国地震监测预报的工作宗旨是:坚持以人为本, 认真落实科学发展观, 依据防震减灾工作的需要, 始终走可持续发展的道路, 以监测为基础, 目标瞄准预报, 依靠社会群体的力量, 凭着科技和法制的原则, 对地震监测台网结构布局实施战略性的调整。全面建立地震监测预警系统和立体观测系统需要依靠科学信息技术的发展, 因此提高科学信息技术在地震监测预报体系中的应用, 是全面提升地震监测能力的保障。另外, 加强对地震发生的科学规律的探索, 在提高地震预测经验水平的基础之上, 实现由经验性地震预测到理性地震预测的质的飞跃, 并对地震的预测原理和动力学成因进行揭示, 提高我国地震监测预报的准确与科学性。下面笔者将从我国地震监测预报的现状分析入手, 提出了我国地震监测预报工作的缺陷, 并对加强地震监测预报体系的建设提出实用性的建议。
2 我国现阶段的地震监测预报工作分析
2.1 现代化的地震观测网得到初步发展
随着科学技术的不断进步, 地震监测网也得到了一定程度的发展。地震观测和地震科学研究都是基于地震监测网的基础之上来有效开展工作的。通过地震监测网监测得到的数据, 不仅为我国重要的观测数据资料提供信息来源, 为地震预报提供服务, 还为我国一些重要的基础设施建设和地球科学的其他领域做出了巨大贡献, 并为我国的国防安全起到了保障作用。就目前来看, 我国已经建成了包括测震台站、强震动台站以及地球化学和物理观测点等在内的信息化、数字化的地震监测网, 其覆盖了国家、省、市三级管理。
2.2 对地震监测预报的理论进行了科学实践
我国的地震事业主要依托科技来进行地震监测预报的理论实践, 基于地震孕育机理, 结合经验性的预报方法, 取得了多次对地震成功预测的实验成果。使得我国位居国际地震预报实践前沿的主要贡献是我国在中期年度地震预测、长期地震预测以及短期震情跟踪等多方面得的优异成绩。但是, 就目前世界范围来说, 我国的地震监测预报体系还仅仅处于认识和探索的水平, 对地震的孕育和发生规律达不到科学的认识和探索水平。由于我国仅凭地震的实例和多年积累的观测资料来对地震进行预报, 故对地震监测预报体系的建立带来了不可避免的局限性。换句话说, 我国并没有完全掌握地震孕育及发生的原理, 对其规律的认识也尚且处于朦胧的认识阶段。虽然我们能够在一定程度上预报出某些类型的地震, 但总体来说, 对于所有类型的地震尚未有能力对其进行预测。
3 完善地震监测预报体系的措施
地震监测预报工作的有效进行不仅是防震减灾能力提高的需要, 也是地震系统建设和落实科学发展观的需要。做好地震监测预报工作需要我们做好以下几点:
3.1 提高对地震监测预报工作的重视, 并加大投入的力度
做好地震监测预报工作的首要条件就是要提高对地震监测预报工作的重视度, 各级政府要充分认识到地震监测预报工作对我国地震预报事业的重要性。此外, 另一项支持地震监测预报工作有效开展的条件是资金, 只有加大对地震监测预报工作的资金投入力度才能有效的保障工作积极、健康的进行。各级政府要坚持把地震监测预报工作提到国民经济的总体规划的高度, 在各级财政预算当中将地震监测预报工作的投入资金含纳其中, 使得地震监测工作的经费有所保障, 为地震监测工作奠定坚实的物质基础。
3.2 加大设立服务机制的投入力度
地震的频繁发生的地方往往是地壳活跃的地带, 那么对于这样板块地带的布防是重中之重, 相关工作人员要时刻提高警惕, 增强自己的使命感, 工作期间使自己保持高度集中的工作态度, 做到爱岗敬业, 认真观测, 以确保紧急情况发生时能以最快的速度作出最准确的预报。另外, 先进的、齐全的监测设备也是地震监测预报工作有效进行的必要条件。很多监测预报队伍在地震频发的人烟稀少的地震带, 对于平常的检测工作有所放松, 致使设备已经严重老化而无人知晓, 再加上很多工作人员对设备使用的方式缺乏了解, 工作期间亦不用心用力, 然而, 自然灾害的发生具有无常性和突发性, 一旦地震灾害发生, 那么损失将是灾难性的。所以, 监测设备的齐全与及时的更新对监测预报工作是非常必要的, 采用跟得上世界水平的先进监测设备以及最科学的监测方法, 以建立健全地震监测预报服务机制。
3.3 加强宣传教育工作
无论在任何情况下, 群众的力量都是最强大的。地震监测预报工作不仅是一项主要的科学举动, 也是关系到我国广大人民群众切身利益的社会性工作, 所以从人民群众的利益出发, 在全社会范围内加强地震监测预报知识的宣传工作, 引起大家的广泛关注。通过群众对地震监测预报工作重要性的认识, 来支持地震监测工作。这种群众性的支持地震监测工作的行为将对我国地震预报工作的开展和进行带来相当理想的促进效果, 并且有助于对我国地震监测环境的保护以及为工作的健康发展提供良好的社会氛围。
3.4 提高防震减灾的应急能力
大自然是变化莫测、喜怒无常的, 自然灾害的发生也是无常和突然的。由此来看, 防震减灾工作中的应急能力和应急工作是非常重要的。应急能力综合反映了在防震减灾过程中的我国地震监测预报工作的效果。如果应急能力不好, 那么在救灾过程中, 救援物资和救援队伍就会延误救援时间, 致使各种物资不能在第一时间抵达灾区, 造成无法弥补的人员伤亡和财产损失。所以, 提高防震救灾工作的应急能力, 综合制定地震灾害的应急方案将对我国的防震减灾工作起到巨大作用。首先, 要以防为主, 变震后救灾思想为震前的综合防御, 有效做到震前科学准确的预报, 变被动为主动;其次要因地制宜, 联系实际情况, 客观的分析地震环境形势的变化, 对地震重点预防区域进行科学的监测。
参考文献
[1]梅世蓉, 冯德益, 张国民, 等.中国地震预报概论[M].北京:地震出版社, 2007.
[2]劳王枢.关于地震监测预报体系建设的思考, 软科学研究, 2007年第7期.
[3]王秀文.地震预测研究的几点建议[J].山西地震, 2013 (01) .
为地球把脉——地震的预报与监测 篇2
我们生活的地球，是茫茫宇宙中一个小小的蓝色星球。地球上有水、空气和阳光，为所有生命提供了适宜生长的环境。但是有时地球也会发出痛苦的震颤，使我们原本温暖的家园，变成地球子民灾难的炼狱（图1）。
（1） 强烈地震造成的破坏性灾难
张少泉（中国地球物理研究所 研究员）:从以往的情况来看，绝大部分地震发生在地球的表层，特别是在地壳里边，因此，处在地壳里边和上地面顶部的地震我们都叫作“浅源地震”。大陆地震都属于这个类型。因此我们要想了解地震，必须了解地球。地震就是地球内部所发生的变动，它主要体现在地球的表层，特别是地壳。地壳的破裂是一个脆性的破裂，地震的过程是一个断层的滑移过程，是能量的释放过程，是由一个点发展到一个面、一个局部的错动过程。
地壳是由一些构造板块组成的，这些板块飘浮在地下很深的炽热液体上（图2），因为受到各种因素的影响而慢慢漂移，速度极其缓慢。在移动中，这些板块发生碰撞，形成了地球上的高山丘陵。地球上95%的地震现象都发生在各大板块的交界处。由于板块的运动方向不同，彼此之间摩擦，产生了巨大能量，经过时间的积累，这种能量超出了板块地层的承受能力，就会发生瞬间的爆发，这个爆发的点就是地震的中心。
（2） 地壳构造板块示意图:地壳是由一些构造板块组成的。这些板块漂浮在地下很深的炽热液体上缓慢地漂移
张少泉:具体到一次地震的发生，它必然是在某个地方积蓄了能量。比如说我的两只手，代表一个断层的左右盘，它在错动，可以使断层是垂直的，也可以是水平的，也可以是倾斜的。它们逐渐活动，逐渐活动，直到一动不动了。为什么呢？当推动力量小于它的摩擦力，不能动了，就开始积蓄能量。
万事万物都在运动变化发展，并且互相发生作用，地球内部也是一样。经过上千年的观察积累，我们发现，一些破坏性大的地震发生前，未来震中或者其外围地区，可能会出现各类平时未曾出现过的，与地震活动有关的自然现象，科学家们称之为地震前兆，这种前兆为我们预知地震提供了依据。
张少泉:一类是用精密仪器进行观测的，是专业工作者用重力仪，电磁仪等等还有水氡等监测仪器观测，这叫微观前兆。
地震前兆非常复杂，并且具有多样性，微观前兆被科学家记录，而宏观前兆比较容易被普通人感知，比如动物行为出现异常，地下水发生流量增减，水温变化或水质发生变色变味等异常现象，这些都属于宏观前兆。那么，这些现象，是否就一定预示着地震的发生呢？
蒋海昆（中国地震台网中心预报部 副主任）:宏观前兆就是你观察到的一些不正常的现象，可能它会反映出一种地壳的变动，但是这种变动是不是足以导致地壳的突然破裂，不一定。
主持人:比如 5月９日这天，人们从报上看到在绵竹县出现了上万只蟾蜍徐徐过马路的报道。当时的解释是因为气候潮湿，蟾蜍繁殖比较快。当地震发生以后很多人都发表了自己的看法，认为这是地震的一个先兆。也许动物比我们更敏感一些，但是绝不能说有动物聚集的场面出现，就一定会发生地震，导致动物聚集的原因实在是太多。
尽管很多人对此类现象感到疑惑，并把这些现象与大的灾难联系在一起。但科学家认为，井水变化，动物异常这些孤立的现象，与地震并没有一一对应的必然因果关系。
因为这种现象出现之后往往不是必然发生地震，因此，动物异常等现象不能单独作为预测地震的依据。但是专家们仍然希望能对这些现象进行系统的研究。
除了我们能感知的宏观前兆，地球内部还有很多微观的地质活动，比如地球磁场，地电等等，人类无法直接感知，需要借助科学的仪器进行观测收集。但是这些信息却经常受到来自人类自身的干扰，而使我们不能准确判断。
蒋海昆:人类活动加重了识别难度，在我们观测中，主要因素来自城市的扩张，人类活动的影响，还有自然天气的影响。
那么，我们有没有科学的方法对地震进行监测和预报呢？据后汉书记载，公元132年，在京师，就是今天的河南洛阳，盛传着一个惊人的消息:太史令张衡发明了一种仪器，可以观测到发生地震的时间和方位。但也有人不相信，认为地震发生在几百里以外，人怎么能测出来呢？
张少泉:张衡给我们开了很好的头。是他把我们看到的地动山摇、稍纵即逝的现象用一个仪器记录了下来。
张衡发明了地动仪（图3），不久之后，就准确地监测到了一次地震的发生。
（3） 张衡地动仪模型
公元138年3月1日，张衡地动仪西方的龙嘴突然张开了，铜球落到蛤蟆嘴里，测知洛阳以西发生地震。但洛阳人并没有感到震动，几天后，信使飞马来报，距离洛阳以西一千多里的陇西，就是现在甘肃东南部发生了大地震，使朝廷内外“皆服其妙”。
张少泉:这件事情说明，在张衡的头脑里已经有这么一个雏形，一个基本的认识，所有的地震接收到之后，就可以推断出一个发生震动的源。
张衡地动仪的功绩，不仅仅是一项技术，一个仪器，它体现了一个科学理念。通过地动仪的发明，他传达给我们一个概念，那就是地震波的概念。
张少泉:什么是波？波就是震动的传播。在震源，断层一错动，就会引起地面的升降和摆动，并以每秒几公里的速度传播。四川发生地震，北京也能感到晃动，越在高层的人感到的晃动越厉害。为什么呢？不是北京在地震，是北京地面有运动，这个运动来自于1200公里外的四川。这个概念就是延续我们老祖宗张衡的思路。地震波就是震动的传播。
现在我们使用的地震监测仪，比张衡的地动议先进了许多。目前对地震活动进行监测的仪器有两类，一类是记录地震的，叫作地震仪；一类是记录地震前兆信息的，叫作前兆仪。前兆仪观测记录的信息就是科学家对地震进行预报的依据（图4），这些信息涉及地磁学，地下流体学，地壳形变学等等（图5）。
（4）记录地质信息的专门仪器
（5）各种地质信息，为地震预报提供科学依据
主持人:地震学界认为，进行地震预测应该是三个途径，首先就是地震统计法，根据以往发生过的地震，进行统计学研究，得出结论；再一个就是地震地质法，就是研究该地区地质应力变化数据进行具体分析的方法；第三个方法是地震前兆法，就是大震前的前震，以及地磁异常等。只有这三种方法结合在一起，我们才能拿出一个相对较为完善的地震预测来。
中国国家地震台网中心是隶属于中国地震局的一个研究机构，负责地震的预报和监测工作。而地震的预报，是目前人类尚无法完全掌控的一个领域，既然如此，我们为什么还要开展地震的预报监测工作呢？
?蒋海昆:从防震减灾法来说，地震预报是中国地震局的职责，是以法律的形式赋予的责任，这是社会的需求，是必须要做的事。一方面积累资料，一方面探寻方法。
专业人员把地震预报分为长期预报，中期预报和短临预报。时间越短，预报的精度就越高。为了了解更多的地震知识，我们来到中国地震台网中心，希望了解地震信息监测和处理的流程。
对地震的监测，可以帮助我们知道地震的地点和震级；对前兆的观测，则可以帮助我们对即将发生的地震作出判断。但前兆仪器仅仅记录地壳的形变还不够，科学家们还要监测地壳更多的有用信息，才能为地震的预报提供依据。
张少泉:那就是地下流体的变化，地下的水位升降，地下氡的放射，还有地下一些其他的变化；另外，在大地震之前，地球的物理场，比如说电场，磁场，温度场等的变化，都由专门仪器进行监测。
虽然世界各国所采用科技监测手段已经比较先进，但是全球关于地震的预报仍然处在地震发生后，才能确认地震地点以及地震级数的层次。在大自然面前，人类的认识水平还很幼稚。
地震监测预报的难点主要在于对于地震前兆的识别和判定。目前，我们对于地震前兆观测主要是在地表浅层。这个区域当中，各种信息混杂在一起，以我们现在的研究水平很难从中筛选出最有价值最可靠的信息来。
张少泉:天气预报火箭能上去，气球能上去，能够进行多方面的监测。可是地球，火箭下不去，数据就有限了，这是一；第二，大气的动力学研究，在数学上，在理论上，应该说相当完善了，而地下孕育的很缓慢的变化，在理论上还没建立起来。它不是观测手段问题，而是一个科学问题。
上天容易入地难，人们对宇宙空间的认识，远远比对地球表层以下的认识丰富。现代科学技术的发展，推动了科学家对地球物理的研究，但是还远远没有我们想象那么深入，目前人类对地表最深的探测也只有10公里左右。可大多数的震源都是集中在5公里～30公里甚至更深处，历史上记录到的最深的地震是发生在地表以下600多公里的地方，像这种环境我们根本无法在现有条件下对它进行直观的观测。
经过地震灾难的教训，我们规划城市建筑物，就参考了地质和地震部门对房屋选址的建议。除此之外，在选好的地址，建什么样的房子，怎样建房子，同样是不能忽视的安全问题。
对地震的长期监测，为我们积累了大量宝贵的资料，这些资料也包括对于我们城市中地质断层的了解。根据资料我们可以设定房屋抗震指数，指导城市建设，减轻灾害威胁。通过对地震的监测，我们现在已经可以做到对国内外发生的地震，在较短时间内，准确地给出地震的震级、位置、时间和深度，为减轻地震灾害的损失争取时间，尽量趋利避害。
张少泉:比如说在唐山地震的震害调查当中，发现凡有圈粱的房屋震害就轻；在房屋的几片墙交汇的地方有一个混凝土的柱，叫构造柱，有构造柱的房屋，它的震害也比较轻。后根据这个经验推荐，在不同的地区，就要求要加上圈粱加上构造柱，这样的内容就被写进了抗震设计规范里面。
全球整体科技水平的发展也在不断推动地震预测技术的进步。
我国的地震监测预报工作从上世纪60年代开展以来，也得到了极大的发展，这次汶川地震，由于地震地点和震级被迅速确定，预报监测的信息为决策提供了依据，也为我们赢得了大量宝贵的救援时间。这也是地震监测对于减灾工作极大的支持。
张少泉:一般咱们所感觉到的都是大震。而一次大震，都伴随着一系列的中等地震和小震。有一个统计数字，全世界，一年发生8级以上地震一两次；7级以上地震一二十次；6级以上地震一二百次；5级以上地震一两千次。就是说随着震级的增加，次数是在减少；随着震级的减少地震是在增加。它本身是一个逆指数的分布。这样一个变化，给我们提供了一种可能，就是利用小地震，利用中等的地震预报大地震。而且我们确实取得了成果。
人类与地震斗争已经数千年了，利用这些经验再加上现代科学的指导我们可以在一定范围之内对某一类的地震进行一些预测。
贵州中小河流监测预报系统研究 篇3
1 系统的建设原则
1.1 实用性和可行性。系统主要以满足中小河流洪水预警预报为主要目的, 在设计开发过程中以贵州中小河流的实际特点为出发点, 保证应用软件系统平台要符合本地区暴雨洪水特性及工程特性, 满足当地水利部门的需要。在后台应用系统的建设中, 要保证该监测系统能平稳地适应计算机不同的操作系统。
1.2 可靠性和稳定性。从硬件方面来讲, 要保证所用的服务器设备在运算速度和存储空间满足实际工作需要, 且要保证具有一定的冗余空间;软件方面需注意所编写程序要严谨, 经常对系统的不足进行更新, 避免产生bug造成系统的宕机。
1.3 较强的操作性。系统要采用比较简单易懂的人机交互界面, 主页上满足当地水利部门的个性化需求, 功能模块可以根据用户角色不同、任务不同实现自由定制。通过提供下拉菜单、弹出页面等多种展现方式, 以及更快的快捷方式, 减少用户机械操作。
1.4 较容易维护。对于系统的核心部分, 要考虑到它的稳定性、移植性和安全性因素, 结合项目的具体建设内容及要求, 完善系统每个模块的规范性, 以便于系统日常的维护与管理。
2 系统的总体构架
2.1 数据采集及汇集层。数据采集是监测的一项重要工作, 数据采集是否准确直接影响到最后的决策, 因此根据贵州现有的地貌和河流特点, 将采集的指标主要定为降雨蒸发、水位流量、河道断面信息、水利工程调度信息、空间信息等一系列相关的水文资料, 将这些资料转化成相应的数据, 然后按照中心河流水文监测预报数据格式要求进行处理和入库管理, 同时对省级水情数据中心提供数据接口, 实现信息共享[1]。
2.2 数据层。数据层主要实现的是对系统所需的数据进行统一存储管理, 是为不同用户和系统提供共享服务的各类信息的集合。按照数据类型来划分, 主要课分为水文数据库、预警预报数据库、空间数据库、模型数据库及洪水预报方案数据库。
2.3 应用支撑层。应用支撑层是将应用层中的各个应用系统与业务逻辑无关的通用支撑功能分离出来, 构成可以被不同系统进行调用的构件集、服务集, 实现功能的重用。应用支撑层主要包括洪水预报模型、洪水预报方案、报表组件、接口通讯服务、认证与统一访问服务、GIS组建、数据查询检索服务和权限管理服务等。
2.4 应用层。应用层主要是用来实现业务应用, 包括数据的采集与处理、模型参数率定、洪水预报与校正、预报模型管理、洪水预报方案管理、数据查询检索, 数据报表维护及视频会商功能。以灵活、松散耦合的方式, 根据完整的数据架构, 建立数据的集中存储与访问策略, 制定统一的数据标准规范, 完成各分中心的数据集成。
2.5 用户层。用户层面对的是省级及市级水利部门的管理和工作人员, 根据用户的职位、职级不同, 划分不同操作权限, 开设管理员和普通用户账号。管理员账号面对的是各级水利部门监测中心的领导, 他们需要系统提供全面的服务来供他们制定决策;普通账号需要面对的是业务人员及监测人员, 他们需要时刻观察雨情和水情的数据, 并分析这些数据是否具有潜在的危险。
3 系统的技术路线
3.1 支持多种方式的数据呈现。为了能够方便数据更直观地展示, 在系统中加入了图形和图表这一功能, 主要是在进行数据分析时, 系统可以自动生成相对应的饼状图、柱状图等图像, 给使用者最直观的展示, 实现更好的人机交互。
3.2 采用C/S和B/S两种方式来进行操作。由于各水利部门的硬件设备和数据传输条件不同, 因此在系统建设中考虑到硬件条件对系统的影响不同, 故采用两种不同的前端方式, 在前端的软件开发中, 可以采用.NET或相关开发技术来丰富前段软件的组成。
3.3 地理信息系统的应用 (GIS) 。GIS的应用是为了能够对前端的数据采集设备进行准确的定位, 一方面可以快速地查询到出现险情区域的具体地理位置, 以此来判断是否会对附近居民造成危险, 另一方面由于贵州地形复杂, 对前端监测设备的更换也提供了方便。
4 系统的优点和不足
4.1 优点
4.1.1 会商功能的引入。以往的一些水文监测系统更多的是注重数据的直接引导, 通过导出或者打印系统分析的数据来进一步计划工作。该系统引入会商功能可以让管理人员在拿到第一手的数据和资料后直接就利用系统进行会商, 在发生预警信息时, 可以充分减少会商的时间, 将更多的时间投入抢险救灾中去。
4.1.2 采集信息较为齐全。系统中不但采集到了水位流量等基础信息, 同时还获取到水利工程调度和空间等信息, 这类信息可以更加全面地帮助用户进行灾情、险情判断, 做出最合理的决断。
4.2 不足之处
4.2.1 安全性上考虑的不太周全。在用户使用时仅凭用户和密码进行登录太过简单, 应该键入一些密钥等方法保护系统内数据和资料的安全性。
4.2.2 未考虑移动互联网设备的接入。从系统的操作模式来看已经有了C/S和B/S两种交互方式, 但是从使用环境来看, 基本都是基于Windows操作系统, 现在移动设备很多都是基于安卓和苹果的操作系统, 因此可以适当加一些相关应用软件的开发。
5 总结
本文根据贵州省中小河流的现状, 分析了河流监测系统的设计功能和实现方式, 该系统已经属于较为成型的监测系统, 同时拥有着自己独到的功能与特点, 但是要想系统发挥更大的功能, 仍然需要设计人员不停地探索。
摘要：由于贵州省处于高原地带, 地势差较为明显, 因此在短时强降雨的条件下很容易快速地形成洪水。随着信息化技术的不断发展, 在防洪工作中使用专业的监测预报系统是很多水利部门的做法, 作为水利信息化工程一项, 中小河流监测系统提高了指挥决策的科学性, 最大限度地保障了人民群众的财产安全。本文以贵州中小河流监测预报系统为研究对象, 指出了系统创新点和不足, 力求让该系统发挥更好的效果。
关键词：中小河流,预警监测,系统建设,水利工程
参考文献
预报监测 篇4
做好地方地震监测预报基础工作之管见
为了充分发挥地方地震监测预报机构的作用,发挥区域优势,推动群测群防工作的开展.认为,地方地震监测预报部门的基础性工作必须要从重视基础研究、抓观测资料质量、提高会商质量、提高监测队伍素质、深入开展地震科普知识宣传等方面入手,才能适应当前监测预报体系的发展要求.
作 者：张登科 ZHANG Deng-ke 作者单位：山西大同市地震局,山西,大同,037006刊 名：山西地震英文刊名：EARTHQUAKE RESEARCH IN SHANXI年，卷(期)：2009“”(2)分类号：P315.7关键词：地方地震监测预报工作 群测群防 基础
预报监测 篇5
关键词：大气环境监测；气象预报服务；地位；作用
我国目前处于高速发展的阶段，随之产生的环境问题也处于严峻时期，由于环境问题导致的天气问题也越来越多，为人类的生产、生活、以及日常工作活动都带来了一定的影响，为了防止这些问题继续加重影响人类活动，加强大气环境监测是必不可少的一项工作任务，提供更加准确的气象预报服务，预防灾害事件的影响。
一、我国目前环境气候现状
到20世纪50年代以来，全球气温平均升高0.5℃，处在北半球的国家气温平均升高的值为0.6℃，据资料统计，我国20世纪90年代平均气温较20世纪50年代升高0.65℃，较北半球的平均值较高，这和我们对环境的污染以及环保意识薄弱有很大的关系，其中，根据我国南北差异、地区发展不平衡，平均气温升高值也不同，总体来说，20世纪我国的总体气温呈上升趋势，气候不断变暖，然而相对应的降水量却在减少，植被覆盖趋势总体是好转的，但也因为南北差异有所不同，其中林业用地的面积为26329公顷，森林面积15894万公顷，全国森林覆盖率为13.9%；活立木总蓄积量125亿立方米，森林蓄积量112.6亿立方米.我国的气候特点包含了温带季风气候、亚热带季风气候、热带季风气候和温带大陆性气候，地理环境也因为地区的不同呈现不同趋势，有很多地区比较容易出现山洪、滑坡、坍塌等地址灾害，为了保障人民的生命财产安全不受到威胁，做好气象预报服务是非常必要的一项工作，也由于我国不断的发展，环境问题也越来越严重，造成的影响也随之变大，因此做好大气环境监测是气象预报中必不可少的工作之一。
二、大气环境监测在气象预报服务中的作用
由于我国目前大规模的城镇化发展，人口居住越来越密集，为了缓解土地危机，高层建筑越来越多，这就造成了城市内风速减小，风流增大的客观现实情况，加之目前水泥柏油路的普及，城市中几乎看不到原始的土路，这就造成了城市空气中的含水量减少，也由于热岛效应，使得城市的气象预报工作难度越来越大，数据工作的获取也变得更加复杂和具有挑战性。另外一方面，由于高楼的影响，风向变得不规则起来，导致空气污染的情况更加严重，扩散的范围增大，可控制性降低，然而现代人类对气象服务的要求越来越高，准确，精确，实时是气象服务要做到，所以要获得科学的、合理的、准确的大气环境监测结果必须依靠精确的大气环境参数，这样才可以获得准确的气象预报服务数据，由此可见，做好城市的大气环境监测对于气象预报服务具有重要的作用和意义。
三、大气环境监测应用
大气环境监测重要涉及的内容包括：分子状污染物，如硫氧化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳等，颗粒状污染物，如降尘、悬浮颗粒、等，我国规定大气质量必须要监测的为二氧化硫、碳氧化物、总悬浮颗粒、一氧化碳以及降尘，空气质量必须监测的是二氧化硫、一氧化碳、碳氢化合物以及浮沉等，监测这些数据结果作为大气质量控制和评价大气质量的基础，连续的监测，掌握其发展变化的趋势，为开展大气环境监测提供依据。
1、为民服务
由于我国经济的不断发展，对能源的消耗也越来越大，因此带来的环境也成了人们当前最需要解决的任务之一，机动车数量的猛增造成了大气环境的一系列负担，最明显以及人类感受最真切的现象就是雾霾，并且影响范围也在不断的扩大，成为近年来最严重的空气污染。在这样的背景下，进行大气环境监测就显得很有必要，由于环境造成气象环境的变化不定，给公众出行以及日常活动生活造成了影响，大气环境监测也不能再只是局限于某一部分地区，而要对周边环境变化同时进行监测，以确保气象预报的准确性，为人们出行，保证日常生活提供基本保障。
2、为公共卫生领域服务
公共卫生气象服务包括城市管理、环保、卫生等方面，这些都是和人们日常生活息息相关的内容，要做好这些，就要和这些城市主管部门做好合作工作，实现可能因为大气环境变化引发的天气变化，比如：高温，扬尘、雷电等，确保城市交通、建设以及人类生产生活不受影响，确保人们的生命财产安全。空气质量好坏的标志之一就是大气中负离子浓度，灾害性天气为负离子的形成提供有利条件，这些天气现象主要是受着空气质量的影响，负离子的浓度会引起光照强度、温度、风速等气象因子的变化，所以对大气环境的监测，是分析天气变化、气候变化的基础依据，进而可以防止灾害性天气对社会财产的威胁，也可为必然发生灾害事件做出预防措施，发生突发性公共卫生事件后果影响降到最低水平。因此，进行大气环境监测对于公共卫生服务领域有着积极作用，也是确保人民财产安全的有利保障。
3、为旅游事业服务
随着近几年人们生活水平的提高，旅游事业发展迅速，但因为环境的变化，使得气象环境也变化的较为难预测，为人们旅游出行带来了极大的不便，气象部门通过过大气环境的监测，实时准确的预报天气是人们出行的可靠保障。由于目前我国旅游景区的不断发展，破坏程度也越来越大，为景区的大气环境监测带来了挑战，为了解决这些现象带来的不利因素，气象部门目前对各个主要的旅游景区都有专门的气象预报，根据当地不同季节，不同气候、不同大气环境进行监测，进行为气象预报提供准确数据，为人们出行做出预报参考。
结束语
随着人类社会文明程度的不断进步，对气象服务的要求也越来越高，大气环境作为影响气象预报的一个重要因素，对它的监测有着很重要的意义，是人们出行、旅游的参考依据，也是预防公共卫生事件以及自然灾害事件发生的预防措施。
参考文献
[1]胡双屏，石玉平，邓兆群.大气环境监测在气象预报服务中的地位与作用[J].北京农业，2012（18）.
[2]王莘.我国公共气象服务现状、问题及对策[J].黄海气象，2011（04）.
预报监测 篇6
近年来,随着环境的变化,水质的状况越来越受到人们的关注,由于工业的发展以及生活用水的大量未经处理的排放,导致我国河流的水质状况不断的恶化,严重影响了河流中各类生物的生存和河流周边居民的饮水安全,从而造成大量疾病的产生。这种形势也越来越严峻,正在引起各级政府部门的高度重视。为了重建生态文明河流水质,政府投入了大量的资金和人力进行环境的治理,但河流水质环境一旦污染,再进行治理,对于我们社会付出的代价将是巨大的,因此,亟待建立一个建立一个切实可行的水质监测预报系统迫在眉睫。近年来,由于无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)网络的兴起,为实时对河流状况进行检测提供了更加可靠的手段,无线传感器网络是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络,数据可以通过末端传感器检测数据,然后通过多跳网络传递到监控终端,通过终端对数据的分析和预测,达到水质状况的很好的判断目的。本文试图建立了一个基于无线传感器网络(WSN)的水质监测预报系统模型,通过该模型,实时对水质指标进行监测,使得管理人员可以及时掌握各个监测点的水质环境状况,及时获取水质环境数据,为采取及时措施和指定相关策略提供有力的依据。
2 水质影响因子分析
由于不同河流的污染源不同,影响河流的主要指标各不相同,如锰酸盐指数、五日生化需氧量、化学需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、总磷和汞等,影响这些指标的因素主要有以下几个方面决定:1)上游水源的水质状况;2)该河流流经地区的地质状况;3)该河流沿岸工业状况;4)该河流流域的环境质量;5)该河流沿岸的居民的活动;因此,不同的河流的污染源不同,影响因子也各不相同,因此针对不同的河流,首先分析该河流的主要污染源,找出最主要我几项影响水质的关键因子,利用不同的传感器进行检测,建立检测预警系统,以达到对关键影响因子数据的监测的目的。
3 无线传感器网络监测模型
该无线传感器监测网络根据不同监测位置部署若干个监测区域,每个监测区域主要由以下部分组成:
1)传感器采集节点:该传感器采用多参数水质传感器,周期性采集各项水质指标参数,将采集到的水质信息,以多跳的方式传递到该监测区域的汇聚传感器节点。
2)汇聚传感器节点:将传感器采集节点采集的数据汇总到该汇聚节点,由汇聚节点传递到监测服务器,并且该节点实现传感器网络协议到互联网协议的转换,并充当网关的作用。
3)终端监测服务器:负责将汇聚传感器节点传递过来的数据进行信息的存储、预处理、然后将数据以一定的规格输入神经网络算法,得出水质状况的未来走向曲线,使得管理人员可以更加直观地看出水质状况的变化,以达到对水质监控的目的。通常一个监测服务器可同时管理多个监测区域。通过网络配置,监测人员可通过智能终端远程监控水质曲线变化。
4 监测数据预测模型
监测数据预测模型是在三层BP神经网络模型基础上,把中间隐含层的传递函数改为morlet小波函数,优化BP神经网络预测结果,如图2所示:
在input layer中有p个输入,即该输入为传感器前期监测的时间序列数据,p表示预测序列值与其相关的前期监测数据的步数。隐含层有n个神经元。输出层有1个神经元,输出为第k+l个时间序列的预测值。wmij表示从m-1层的神经元i到第m层的神经元j之间的权值,amjk表示第m层神经元j的第k次输入,ψm表示第m层的转移函数,bmjk表示第m层的相应输出,即
各层按照以下公式传递数据:
用θ表示上式中所有参数的集合,网络的输入为p个序列值为元素的一个时间序列,即[xk,xk-1,……,xk-p+1],输出为第k+l个序列值的预测值
把预测值的均方误差函数作为目标函数C(θ)。
为了使上述误差最小,得出网络模型的最优参数,采用共轭梯度下降法计算误差函数的最小值。令
计算C(θ)的梯度:
根据梯度来对参数wi,ai,bi进行调整:
如果误差的绝对值小于设定的误差时,计算停止;否则继续执行上述过程。
5 结果与分析
在环境监测中河流的水质指标有,PH值,BOD,COD,DO,氨氮,石油,挥发酚,粪大肠杆菌群等数个指标,根据不同的河流,确定影响该河流水质的主要指标,以此监测这几项重要指标,然后对照《地面水环境质量标准》(GB3838-88)从而确定确定这条河流的水质属于几类水,以及达到对水质状况变化的监测。
文中采用的数据来源于六安市的一条重要河流——淠河水质数据,利用MATLAB仿真平台对模型进行仿真,结果如下:
PH值,DO含量,COD含量,NH3-N含量预测误差统计如下表:
根据各项指标预测曲线和真实曲线相比较,预测曲线与真实曲线吻合度较高,实验进行了三次,对每次实验中的各项指标的预测误差进行比较,可以看出,针对每项指标,误差在可接受范围内,模型具有一定的实用价值。
参考文献
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预报监测 篇7
美国航空航天局NASA卫星观测得到2001-2006年PM2.5年均浓度分布图显示,中国华中、华东、成渝地区已成为全球PM2.5污染最严重的区域。近年来,环境空气重污染事件频发,严重影响人们的身体健康,给生产生活带来诸多不便,引起全社会的广泛关注。山西省位于太行山脉以西,受到山谷效应的影响,太原、晋中、临汾直至运城地区PM2.5污染物浓度与华东地区相连,处于浓度高值区。这与山西省地形因素、气象扩散条件以及长期以煤烟型污染排放有重要关系。传统的空气质量预报工作主要由预报员以当日24小时环境空气质量监测结果为基础,结合气象部门空气污染气象条件的等级预报结果,对区域内未来24小时环境空气质量进行预测预报。这种预报方式仅笼统划分气象扩散条件等级,不考虑气象变化对源排放污染物的传输作用和污染物之间的化学反应,对预报员的工作经验有较强的依赖性,对于准确有效预警重污染天气出现时间和原因及时进行大气污染防治工作仍存在一定困难。为促进山西省重污染天气监测预报预警的综合管理,建立健全区域内重污染天气应急机制和应对能力,需要建设立体感知、智能响应的重污染天气监测预报预警系统。
山西省重污染天气监测预报预警系统设计,以气象数据、环境空气质量监测数据和污染源排放数据为基础,利用空气质量模式集合预报,对山西省区域包括11个设区市的环境空气质量AQI指数和六种污染物浓度(包括阿SO2、NO2、PM10、O3、PM2.5和CO)进行未来7天预报分析(48小时精准预报和5天潜势预报),实现重污染天气预警、来源分析、污染源追因等功能,为及时应对重污染天气、最大限度降低重污染天气造成的危害提供权威的预报预警信息,同时为合理调整污染源布局、切实做好大气污染防治提供决策支持和科学依据。
二、系统设计
1. 总体架构
山西省重污染天气预报预警系统建设由“四层三体系”组成。“四层”为软硬件支撑层、数据资源层、应用服务层和会商展示层;“三体系”包括环境信息标准规范体系、环境信息安全保障体系和环境信息运行管理体系。会商展示层紧紧围绕大气环境管理业务需求,从空气质量日报、预报、污染防控和发布三个方面出发,建立区域环境空气质量监测预报预警信息的发布与展示平台。应用服务层包括数据管理、污染源排放清单管理、空气质量集合预报、重污染天气分析预警、来源追因、可视化业务会商和公共信息服务七大系统模块。实现预报预警数据管理、分析、来源追因、会商及数据发布服务的综合应用管理。数据资源层是以空气质量实时监测数据、预报预警数据、专家库数据、空间数据等为基础,为系统提供决策所需量化数据。软硬件支撑层是以高性能计算环境、支撑环境、网络环境等硬件支撑。
2. 技术选型
山西省重污染天气监测预报预警系统将中尺度气象模式WRF和排放源处理模式SMOKE模拟结果作为空气质量模式提供所需的三位网格化气象场数据和排放源数据,应用多种数值预报模式相结合的方法进行预报,以减少因预报模式本身的缺陷而造成的预报结果偏差,最终得到未来5天精准预报和潜势预报结果。其中,数值预报模式以三维欧拉化学传输模式为核心,选用美国环保署(EPA)推荐的Models-3/CMAQ模式、美国Environ公司开发的CAMx模式、美国国家大气海洋局(NOAA)的WRF-Chem和中国科学院大气物理所自助研发的NAQPMS模式四种空气质量模式,采用蒙特卡洛随机集合预报、对气象场、排放源和关键模式参数分别进行扰动,产生多个包含模式不确定性的差异预报样本,其中空气质量模式通过扰动优化产生至少10个以上集合预报成员。采用山西省区域空气质量集合预报优化方法,利用包括多元回归、偏差订正、神经网络等方法对空气质量集合预报结果进行统计集成。
3. 主要模块设计及功能
(1)数据库系统模块
数据库系统模块为系统存储预报模拟所需的气象数据、污染源排放数据和空气质量监测数据,是模式运行的基础。该系统采用B/S结构,部署在应用服务器上,主要进行环境空气质量及气象数据的收集与共享,实现环保数据和气象数据的对接和交换,最终基于GIS平台对分析后的数据进行图、表展示。
(2)污染源排放清单可视化系统模块
污染源调查与排放清单的建立是空气质量预测预报的重要前提,同时也是研究城市环境空气质量变化成因和污染排放控制管理的重要基础工作之一。系统建设采用SMOKE排放源处理模型处理山西省源排放清单,直接为系统提供网格化的排放源。模块设计按照各数值模型的特点和运算需求合理分配软硬件资源,各空气质量预报模型均使用统一的污染源排放清单。
在排放清单中,针对沙尘暴、燃放烟花爆竹、臭氧等导致的重污染天气进行专门的设定。
针对沙尘暴,通过起沙条件的设定、监测数据和气象条件的分析统计,估算沙尘贡献的程度。
针对烟花爆竹,排放清单中统计烟花爆竹集中燃放的日期(例如春节、元宵节、清明节等)集中燃放时间段、集中燃放地点和限制燃放地点、烟花爆竹销售量、烟花爆竹的排放参数、法规政策因素影响(山西省及各地禁止烟花爆竹燃放的法规政策等)等影响,估算烟花爆竹燃放贡献的程度。
针对臭氧等其他因素,通过排放清单的统计,估算臭氧等其他因素贡献的程度。
通过各地市提供的最新污染源排放清单获取本省内现有的污染物排放清单数据,利用GIS系统实现污染数据的空间插值展示。排放清单可视化系统可以直观地提供污染物在本区域内的空间分布,对制定污染物控制措施提供重要的决策依据。
(3)空气质量集合预报系统模块
设计采用多模式集合预报方式,以空气质量数值模式系统模块为核心,选用中尺度气象模式WRF提供气象场驱动,基于排放源处理模型制作三维网格化排放源,选用中国科学院大气物理所自主研发的NAQPMS模式,美国环保署(EPA)的Models-3/CMAQ模式、美国Environ公司的CAMx模式和美国国家大气和海洋局(NOAA)的WRF-Chem进行空气质量集合预报。设置多模式预报系统区域嵌套计算网格:东亚区域(Domain1精度27km网格数237*178)→华中区域(Domain2精度9km网格数55*68)→山西省域(Domain3精度3km网格数107*254)。同时,采用蒙特卡洛随机集合预报,对气象场、排放源和关键模式参数分别进行扰动,产生多个包含模式不确定性的差异预报样本,其中每个空气质量模式通过扰动产生至少10个集合预报成员。利用包括多元回归、偏差订正、神经网络等方法对空气质量集合预报结果进行统计集成,输入当天预报结果。
多模式集合预报可以在一次模拟中解析多个目标区域、行业等的贡献,克服化学非线性问题同时保持质量守恒机制,预报PM2.5和O3等二次污染物的来源,其整体预报技巧高于最好的单模式预报。输出预报结果表达上,多模式集合预报进行确定性结果分析、不同污染事件发生的概率、预报的可靠性和可预报性等信息。多模式集合预报不再过分依赖某一个可能误差较大的初始条件和参数值,可以通过集成方法将不同集合预报成员的优点结合起来,将不同模式在数值框架和参数化的不确定性考虑进来,通过针对单模式构建随机扰动集合建立一个考虑全方位不确定性的集合预报系统。
(4)重污染天气分析预警系统
根据未来5天空气质量预报结果,当达到《山西省重污染天气应急预案》(晋政办发〔2013〕109号)所规定的预警级别时,按照省级重污染预警流程,报送重污染天气预警提示信息。同时,对重污染天气形成有主要贡献的污染物进行来源分析,为适时启动应急预案、开展污染防治工作提供技术决策支持,为正确引导公众健康出行提供有效的技术服务。
根据持续污染提升一个响应级别的原则,省级空气重污染分为三个预警响应级别,由轻到重顺序依次为Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级,分别用黄、橙、红颜色标示,预警Ⅰ级(红色)为最高级别:
(5)空气污染来源追因系统
污染源追因系统分为遥感反演和后向轨迹模拟两个模块设计,实现对气溶胶、气态污染物的垂直方向浓度分布解译和为水平方向污染物传输的追因。
遥感反演通过对MODIS、OMI等遥感数据投影转换、拼接、裁剪、云掩膜等预处理,反演垂直方向气溶胶AOD的浓度分布,分析沙尘暴等大气污染事件的时空变化规律,并实现秸秆焚烧点逐日监测。
备注:空间分辨率为由度转为公里,即0.25°×0.25°相当于13km×24km。
后向轨迹模拟基于GDAS全球气象场数据,采用国际上应用最广泛的气团轨迹模式HYSPLIT中气团轨迹计算方法,提取过去72小时气溶胶传输轨迹,分析不同类型气溶胶粒子的来源及垂直分布。基于Arc GIS Engine,开发软件模块,对主要大气污染物进行追踪溯源、展示、统计、分析、专题制图与报告制作。
三、效益分析
山西省重污染天气监测预报预警系统的建立,综合考虑了大气污染源排放及监管、城市环境空气质量监测、环境空气质量模型模拟分析、政策经济技术等空气质量管理各个因素,在业务预报工作中提供:1.区域污染形势集合预报产品,如区域污染形势演变趋势、边界层垂直气象污染结构特征、PM2.5污染物组分谱分布、能见度预报以及可能发生的沙尘传输路径和影响程度等产品;2.区域中污染物污染过程分析产品,如识别区域污染源中贡献最大的地区及行业源污染贡献率,分析各城市、区域间污染物的相互输送和相互贡献;3.污染物概率预报产品,例如不同等级污染事件发生的概率及持续的时间,污染物累积和清除的关键时间节点等;4.地方精细化预报所需的初始场产和边界条件产品,指导区域内各城市开展精细化空气质量预报和重污染天气预警工作。在重污染天气来临时,系统可通过确定大气污染来源和污染贡献根据现有响应机制为管理部门建立合理的应急预案和具体措施,并为管理工作提供有效的数据支撑,提高重污染天气应对能力。此外,为满足公众的环境知情权,系统通过广播、电视、网络、微信等多种媒体途径对空气质量预报预警信息进行发布,为公众提供健康指引和出行参考,减少污染天气对人体健康的影响。
摘要：为促进山西省重污染天气监测预报预警体系建设,建立健全区域内重污染天气应急机制和应对能力,需要建设立体感知、智能响应的重污染天气监测预报预警系统。山西省重污染天气监测预报预警系统以环境空气质量监测数据、气象数据和污染源排放清单数据为基础,通过利用中尺度气象预报模式WRF和排放源处理模式SMOKE驱动,利用空气质量模式多模式集合预报的方法,实现山西省未来5天的空气质量分析、预报、预警和污染来源追因等功能,以期为重污染天气提前预警、重污染天气应急响应提供有效的技术支持和科学依据。
关键词：环境空气,预报预警
参考文献
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预报监测 篇8
滑坡泥石流灾害对电网安全运行构成了严重的威胁。滑坡泥石监测预警系统研究取得了一定的成果。以某地区为研究区域, 研究该区域滑坡泥石流灾害的时空分布特征、电网系统承灾体的脆弱性、灾变耦合破坏规律、风险评价模型及风险区划、预警模型等, 建立完善的监测预警系统和风险管理控制提供关键科学理论和技术, 提高电网系统抵御自然灾害能力。
1 滑坡泥石流监测与预警
1.1 风险分析与评估模型
泥石流发育环境背景因子包括地形坡度、先对临界高差和地震烈度, 泥石流发生气象条件因子包括临界雨量和临界雨强。泥石流发育环境背景因子和气象条件因子通过划分各因子属性类型和建立因子敏感性计算模型计算各因子属性敏感性。再建立综合指数计算模型得出泥石流危险度指数, 对危险度指数进行等级划分得出泥石流卫星等级划分标准, 再结合前期雨量属性类型敏感性和预报雨量属性类型敏感性的预报危险度指数得出最后的预报泥石流危险等级。如图1所示:
由于通过上述评估模型得到的地质灾害综合危险性指数的变化级差较小, 不利于对地质灾害的空间分级区划进行深入分析, 因此还需对综合危险性指数进行标准化处理。如式 (1) :
式 (1) 中:
U'为地质灾害危险度综合评价指数的归一化值;
U为地质灾害危险度综合评价指数;
Umin为地质灾害危险度综合评价指数的最小值;
Umax为地质灾害危险度综合评价指数的最大值。
根据标准化后的地质灾害危险度综合评价指数, 将云南省地质灾害危险度分为三级, 即高易发区 (Ⅰ级) 、中易发区 (Ⅱ级) 、低易发区 (Ⅲ级) , 见表1。
Ⅰ级:对水电工程可能有直接危险, 间接影响明显;
Ⅱ级:对水电工程有一定直接威胁, 间接影响较小;。
Ⅲ级:对水电工程无直接威胁危害, 对城镇局部形成威胁;
1.2 设备管控级别
从设备重要程度和设备健康状况两个维度, 将设备分为4管控级别, 实施分层分级管控。如图2所示:
1.3 分析管理功能
分析模块综合各种评估模型分析评估结果, 并根据报表模板生成与之对应的报表, 提供给相关人员作为决策支持。该模块包括各降水量统计分析、特殊区段统计分析、月度和年底降水量分布情况及其他统计分析功能。
2 结束语
系统建设试运行后, 提高了气象台监测及预报数据的综合利用率, 为输电线路运行维护工作提供了详细、具体的灾情易发性统计数据。
摘要：以GIS技术为核心, 在怒江州范围内建立统一的覆盖重点管控线路的GIS数据模型和图形中心, 并形成滑坡泥石流地质灾害提供核心的可视化服务、空间信息的网格化分析技术。
关键词：重点管控线路,地理信息系统,滑坡泥石流,分析管理
参考文献
预报监测 篇9
变形监测是工程质量和安全的重要保障,变形监测的仪器和方法在不断的改进和发展,同时,变形监测的数据处理方法也在不断完善[1,2]。为了切实有效地保障工程质量,需要对变形监测数据进行科学的分析处理,通过分析处理发现变形,寻找变形发生的原因、分析变形特征,提高预测预报准确性。
一般变形监测的数据处理流程是较为简单的,主要包括数据的预处理,选用适当的模型进行处理,获取最终结果三个步骤。其中,数据的预处理部分包含数据检验,数据剔除和数据标准化等操作;模型的选用中一般包括模型的确定、参数的估计和定阶等步骤;最终的结果,则是根据模型处理后的数据还原或者数据的分析与预测。
1 时序分析法数据处理流程
时序分析法在变形监测信息处理方面的应用流程也符合三大步骤,其基本流程图如图1所示。
1.1 数据预处理
数据的预处理部分主要是对数据进行标准化处理。标准化处理的目的在于,将时间序列变为适合AR模型的平稳、正态、零均值的序列。标准化的内容一般包括数据的平稳性检验、零均值检验、零化处理、正态性检验、粗差剔除及系统误差检验、标准化处理等。
(1)平稳性检验。平稳性检验是采用提取趋势项和周期项后的残差序列进行检验。平稳性数据识别的主要特点是它的一阶和二阶统计性质不随时间改变,即均值和方差为常数。
(2)正态性检验。正态性检验主要是检验序列的三阶矩(偏态系数)和四阶矩(峰态系数)是否满足正态随机变量的特征。但是大多数工程问题都具有正态分布的特性,在实际中,为了简化可以省去对时间序列的正态性检验。
(3)零均值检验。零均值检验就是对时间序列的均值μx是否为零进行检验,当μx不为零,而又不知其真值时,需要进行零化处理。否则处理后的序列将改变原序列的某些性质。如数据序列不满足零化条件,可按式(1)处理:
(4)标准化处理。当观测序列满足均值为μx、方差为σx2的正态分布时,进行如下标准化处理:
经过处理后的序列满足标准正态分布。
1.2 沉降观测数据预处理
以下结合某变形监测点的实测数据[3]进行分析与预测,该实测数据是等时间间隔观测的,见表1。数据共20期,先采用前18期的数据为基础,预测第19期的变形趋势,再使用前19期数据进行一步预测第20期数据。最终对预测的结果进行准确性比较和评价。
将全部20个数据走势以曲线图的形式显示,如图2所示。
由曲线的总体走势,能够看出数据整体呈现上升的趋势,并不属于平稳的序列。因此,要对原始数据前18期进行相应的数据预处理,以使得数据能够满足AR模型对于数据的要求。对上述序列前18期数据进行二次差分处理,以去除趋势项和周期项。获得二次差分残差值曲线,再利用标准化处理式(2)进行处理,求得标准化序列,如图3所示。
1.3 AR模型对变形监测数据的分析与预报
等数据经过预处理之后,便可用AR模型对其进行处理。数据处理的基本过程如下:利用预处理序列对AR模型进行阶数的确定,并用相关准则对阶数进行检验;然后根据最小二乘法求出AR模型的系数,调整预测模型;再将模型与系数相结合,并利用预测模型进行预测;最后,将预测值进行还原处理,以得到最终的预测值。
本文首先利用预处理序列的方差和FPE值,对AR模型进行阶数的确定,并用Akaike信息检验准则中的另两项AIC准则与BIC准则对阶数进行检验,根据Akaike信息检验准则,选取曲线最低点对应的n值作为模型的阶数,该模型应该为AR(8)模型。然后用AIC准则和BIC准则曲线图来做检验。
根据所选定的阶数,利用最小二乘法计算得出的系数矩阵为:
根据系数矩阵,能够得到一步预测公式如下:
其中,t为所要预测的一步的期数,与其相对应的变形预测值则是第t+2期的数据,系数F(a,b)是与系数矩阵相对应的。
最后,我们可以通过时序还原求得第19期变形数据。数据还原的具体做法是先将之前所求得的一步预测值Y(t,1)进行标准化还原,然后再进行二次差分还原,等到一系列的数据还原步骤结束后,便得到了所需要的变形预报值,见表2。最后,通过预报值与真实测量值进行准确率检验,以检验变形预测效果。
从两组实验数据中,可以看出,预报值与实测值分别相差约0.2~0.8cm,总体的预报准确率平均在92%左右。能否进一步提高预报的准确率呢?作者将频谱分析引入时间序列分析中对数据进行联合处理,进行了新的尝试。
2 频谱分析结合时序分析数据处理
变形监测按其时间特性可以分为静态模式、运动模式和动态模式三种。动态模式变形的显著特点是周期性,频谱分析是动态观测时间序列研究的一个途径,将时域内的随机序列通过傅里叶级数转换到频域内进行分析[4]。监测这类变形一般采取连续的、自动的记录装置,所得到的是一组以时间相关联的观测数据序列,分析这类观测数据时,变形的频率和幅度是分析的主要参考[5]。我们拟尝试将频谱分析作为变形监测数据预处理的一部分,对数据进行更为细致的分析和处理,从理论上来说,应该能够进一步提升预测的精度和准确程度。
为了将频谱分析与时间序列法相结合,把频谱分析部分添加到时间序列法的数据预处理部分,将其作为数据处理的一个工具。结合原来时间序列分析法的数据处理过程,就得到了新的处理流程图,如图4所示。
2.1 频谱分析数据处理过程
首先,采用多项式拟合函数,对原始序列的走向趋势进行大致的拟合。若数据离散程度不明显,多项式拟合的阶数一般在5左右,能够保证曲线光滑,同时残差值较为平稳。在此实例中,由于原始序列有较为明显的趋向性,且离散程度不高,所以可以用较低阶数来拟合,采用三阶函数拟合,拟合结果如图5所示。
由图5可以看出,原始序列的趋向性还是较为明显的,而多项式拟合的曲线趋势性也很强,这对于后期数据的预测是较为有利的。同时,可以求出残差值范围在-0.25到0.25范围之内,也符合残差值的条件。因此可以认为曲线的定阶是合适的。
利用能量函数和快速傅里叶变换函数对残差值进行分析,得到能量—频率图如图6所示。
从图6中,可以明确得出,两个能量最高点所对应的频率值正是函数的主要频率值。这两个函数主要频率值在三角函数拟合中是两个重要的参数。结合频谱分析法三角函数参数的求取,可以得到如下的拟合函数:
上述函数是一定程度上对残差序列近似的拟合。在一定程度上,带有残差序列的趋势。
由此,我们联想到,对于数据的预处理中,多项式拟合也是一种很好的去除趋势项和周期项的方法。经由频谱分析不但能够找到影响变形的主要频率,还得到了三角拟合函数,这样的话,可以将频谱分析与时间序列相结合,把频谱分析作为时序分析预处理部分的重点,对数据进行处理。
2.2 联合频谱分析后的时序分析处理结果
将经由频谱分析的上述残差序列添加到时间序列的预处理部分,按照AR序列数据处理的过程,继续处理下去。在最后的数据还原部分,添加上三角函数还原部分。最终,将还原值与预测值再进行一次比较,得到结果见表2。
从两组实验数据中,可以看出,总体的预报准确率平均在94%左右,比单独的时序分析及AR预测有所提高,单独每一期的预报也有0.3%~3%的增幅,可见将频谱分析融入到时间序列分析并预测是一种有效的提高预测效率的方法。对于其准确率提高较为缓慢,其中可能的原因有:(1)原始数据序列步长较短,基数较小;(2)数据序列预测的一定范围自然振动,有一定的偶然性;(3)预测模型精度不够完美,对数据的预处理、模型的建立方面仍然存在一定的不足。
3 结论
在变形监测的信息处理方面,AR(p)模型是一种有效的数据分析方法,通过时间序列分析,我们能够较为准确地掌握变形趋势,并且对其进行预测。频谱分析能够有效地揭示隐藏在数据序列背后的一些信息,通过频谱能量图的分析,获取到对变形影响的一些主要因素。利用时间序列法和频谱分析法对变形监测信息进行综合处理,对于变形预测是十分有效的。结合实例分析,可以看出将两种方法结合起来,对数据进行的处理可以找出变形观测的分布规律,提高了单纯利用时间序列模型预测的准确度。
摘要：变形监测技术和理论在不断地进步和发展,很多优秀的方法被应用到变形监测数据处理方面。本文是基于时间序列法和频谱分析法对沉降观测数据进行处理,主要研究如何使用时间序列法和频谱分析法对变形监测数据进行处理和分析,并对未来短期内的变形趋势进行预测。首先从时序分析法入手,对数据进行处理、分析以及预测;然后再将频谱分析法融入到时序分析法中进行处理、分析和预测。最后将两种方式得到的预测结果与真值进行比对分析,结果表明,将两种方法联合可以提高变形预报的准确率。
关键词：时间序列,频谱分析,变形监测
参考文献
[1]刘大杰,陶本藻等.实用测量数据处理方法[M].北京:测绘出版社,2000.
[2]黄声享等.变形监测数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2003.
[3]史玉峰,孙保琪.时间序列分析及其在变形数据分析中的应用[J].金属矿山,2004,(8).
[4]尤炀,黄腾,李桂华.频谱分析在大坝变形影响因子选择中的应用[J].水电自动化与大坝监测,2008,32(4).
预报监测 篇10
1 我国气象预报的现状
首先, 气象服务在覆盖面存在很多不足之处, 针对突发的气象灾害, 气象服务部门虽然能够通过网络、电视和广播等做了及时播报, 但还是在预报传输速度存在不足[1]。在自然灾害发生时, 没有给听众留下更多的应急处理时间;气象服务对气象灾害的防御知识宣传不够, 公众自身缺乏防范应急能力, 在面对突发性的自然灾害时缺少科学的指导, 直接影响气象预报服务效果。
其次, 气象预报服务的基本设施配套不足, 存在着抵御自然气象灾害风险的脆弱性问题, 局部地区的监测站密度不够, 对局部的自然灾害的预警能力不够, 造成灾害来临时, 经济损失较大。若是增加监测站, 准确地将预警信息及时传递给公众减轻灾害损失;气象预警发布后许多地方政府没有提前做好准备工作, 没有及时采取预案来预防灾害。
最后, 气象预报能力不能满足多元化多层次的公共服务需求, 除了预报准确率的技术问题外, 气象预报服务的利用价值没有得到完全发挥, 缺乏科学的指导措施和通俗易懂的语言服务, 达不到服务效果[2]。目前, 我国关于防御、减轻气象灾害的责任缺乏具体明晰的划分和相应的考核机制, 一旦发生自然灾害, 人们就理所当然地将责任归咎于气象预报和大自然。
2 大气环境监测在气象预报服务中的地位
我国气象中心完成静态测试, 对气象预报服务来说具有重要意义, 便于各级气象部门对环境监测的应用工作的开展, 大气环境监测已被应用于各个领域。自动气象监测网见图1。
图图11 自自动动气气象象监监测测网网
第一, 在为公众服务方面。随着大气污染的日益加剧和雾霾现象的频繁发生, 带来的影响也越来越大, 影响范围不在仅局限于某一范围内, 大气环境监测的应用还提高了对自然灾害的监测能力, 为做好防范准备做了数据理论基础。
第二, 加强公共卫生领域的应用。要想做好公共卫生气象预报服务就要建立高效的多方合作机制完善监测系统, 增加气象信息的传输途径, 完善城市气象监测系统, 可以实现对实时交通、能源、建设空气污染等可能引发自然灾害的研究和动态监测, 构建集气象服务与生态环境预测系统, 提高城市工程气象的服务。
第三, 休闲娱乐等公共服务的应用。目前, 我国气象部门已经初步建立了负离子监测系统, 开展不同下垫面, 不同时空尺度, 不同季节和不同天气过程的负离子浓度的分布特征研究, 开展对负离子浓度的气象预报, 不仅可为公众日常出行和休闲娱乐提供更为准确化、人性化的预报服务作为参考依据, 还可为环保部门开展大气环境评价提供依据[3]。
3 大气环境监测在气象预报服务的作用
随着现代城市的不断快速发展, 城市城镇已经是公众居住的主要场地, 人们对居住气候条件与环境的要求也越来越高, 环境问题也受到政府部门的重视。高楼可以降低风速、增强风流, 柏油路使城市的含水量减少, 外加受城市的热岛效应影响, 加大了获得城市气象数据以及进一步研究气象的难度;然而大气环境监测必须是建立在科学精确的大气环境的参数基础上, 大气监测能在为气象预报服务提供准确的数据发挥各方面作用。
首先, 快速准确的做好城市以及周边的大气环境预报, 成为满足气象预报服务需求中急需解决的数据监测问题, 因为城市气象模式和监测污染物扩散预报模式是一个数值模式, 兼容并优化了监测污染物扩散和预报城市气象;大气环境监测对拓展气象预报服务和监测服务内容具有重要意义, 大气环境监测推动了各级气象部门对环境监测工作的快速开展。
其次, 提高城市气象与大气环境的质量监测, 掌握城市区域中常规和特殊气象数据, 结合数值模式满足城市大气环境的应急需求, 是气象预报服务制作和防预工作开展的关键;大气环境监测应用于气象预报有利于研究气象及其变化对疾病的发生和病理的机理影响, 建立气象环境变化影响疾病的发生发展业务系统, 可以为突发的环境问题以及公共卫生事件等提供应急处置的气象保障。
最后, 大气环境监测应用与气象服务有利于改善我国气象服务的现状, 增加监测密度可以提高对气象的预测能力, 提高自然灾害的应急处理能力, 满足多层次的公共需求;大气环境监测可以给公众的日常出行、旅游、生产活动提供精准的气象预告;大气环境监测解决了气象预报服务中存在的较多问题, 缩小了公共气象的服务能力和满足社会基本气象服务需求的差距。
4 结语
大气环境监测应用在气象预报服务中起到了积极的作用, 在气象预报服务中占有一定的地位, 弥补了我国气象预报服务的缺点, 包括覆盖面不足, 基础设施不配套等, 大气环境监测应用于生活当中对交通、气象等进行实时监测, 方便了人们出行。同时, 大气环境监测是科技进步的具体表现, 推动了我国科技的发展。
摘要：在我国气象预报服务现状中存在着较多的问题, 而大气环境监测对大气环境中的污染物浓度进行细致观察与分析, 做好大气环境监测工作对气象预报服务有着重大意义。对我国气象预报的现状及大气环境监测在气象服务中的地位与作用做了简单分析。
关键词：环境监测,气象预报服务,地位,作用
参考文献
[1]周瑜.关于加强大气环境监测质量的探析[J].黑龙江科技信息, 2014 (12) .
[2]李研实, 齐昕晖.提高大气环境监测质量的措施探讨[J].科技致富向导, 2014 (35) .