地质灾害气象预警预报的理论与方法
这项成果是对九年来地质灾害气象预警预报研究和服务的系统分析和总结。提出了地质灾害区域预警的三种方法，包括隐式统计预测法、显式统计预测法和动态预测法，系统开展了地质灾害两代区域气象预警技术(隐式统计预测法和显式统计预测法)的研究和应用。在全国范围内，分区域研究了不同地层、构造、气候等条件下地质灾害的发生规律，建立了地质灾害预警模型。地质灾害区域气象预警方法研究取得重大进展和创新成果，开创了中国大陆地质灾害气象预警的先河，为省级地质灾害气象预警提供了技术指导和参考，得到了各级政府和公众的认可。
1.地质灾害区域预警原则
提出了地质灾害区域隐式统计预测、显式统计预测和动态预测三个划分，设计开发了地质灾害隐式统计预测和显式统计预警两个系统。
(1)隐式统计预测方法
隐式统计预报方法隐含了地质环境因素在降雨参数中的作用，在某一区域的预警判据中只考虑临界降雨参数来建立模型。隐式统计法可称为第一代预测方法，更适用于地质环境模型简单的小区域。利用该方法设计并实现了第一代国家地质灾害预警系统，并在2003 ~ 2007年进行了应用。
(2)显式统计预测方法
显式统计预测法是一种考虑地质环境变化和降雨参数叠加建立预警判据模型的方法。它由地质灾害风险区划和空间预测转化而来。该方法能够充分反映预警区域地质环境要素的变化，随着调查研究精度的提高，提高地质灾害的空间预警精度。显式统计法可称为第二代预测方法，更适用于地质环境模型复杂的大区域。该方法基于地质环境的空间分析，结合单元分析结果，通过网格化计算单元和分区的地质灾害“潜在度”来实现，克服了仅依赖单一临界雨量指标的局限性，在临界诱发因素的表达、预警指标的选取和定量分级等方面可以进一步升级。利用该方法设计并实现了第二代国家地质灾害预警系统，并在2008年后开始应用。
(3)动态预测方法
动态预测法是考虑降雨过程中地气耦合作用下地质体动态变化过程建立预警判据方程的方法，本质上是一种解析方法。动态法的预测结果是确定性的，可称为第三代预测法。目前，这种方法只适用于单个测试区域或因需要精密仪器检测而特别重要的局部区域。该方法基于降雨前、中、后降雨入渗在边坡中的转化机理，具体描述了边坡中地下水动力作用的变化与边坡稳定性在全过程中变化的对应关系。第一个完成成果的人在四川雅安建立了第一个实验区。
2.第一代国家地质灾害预警系统
预警区划:根据全国地貌格局、地质环境特征及其与降雨诱发滑坡地质灾害关系的统计分析结果，以全国流域、气候带、构造单元和区域地质环境条件为依据，进行一级区划；根据区域流域、历史滑坡和泥石流事件的分布密度、地形地貌特征、地层岩性、地质构造和新构造运动、年平均降雨量分布等进行二级区划。全国分为7个预警区，74个预警区。
临界降雨量的判定标准:用统计分析方法研究了滑坡泥石流与降雨量的关系，做出了不同时期滑坡泥石流与临界降雨量关系散点图。散点集中成带，上界可用β线表示，下界可用α线表示。以1、2、4、7、10、15的降雨量为基础，建立地质灾害预警判据模型图，作为临界降雨量判据。
预警专用符号:设计制作了地质灾害气象预警预报专用“符号”。从2005年开始，央视在发布地质灾害气象预警信息图片的同时，还配发了崩塌、滑坡、泥石流的动画，增强了地质灾害预警信息的视觉冲击力，也提高了地质灾害气象预警的社会影响力和全民防灾意识。
预警软件系统:2003-2006年，模型采用第一代临界雨量标准法，开发了基于C语言的预警预报软件。2007年，该模型仍采用第一代临界雨量标准法，并基于ArcGIS开发了第二套预警预报软件。
3.第二代国家地质灾害预警系统
预警模型的建立过程:①地质灾害预警区划，将全国划分为七个预警区域，分区域建立预警模型；(2)地质灾害气象预警信息图层的编制，充分考虑地质环境的基础信息和地质灾害的历史发生情况等。、* * *编制了30个预警信息图层，建立了较为完善的全国地质灾害气象预警预报信息系统，主要图层精度由第一代的1:600万提高到1:1万；③地质灾害潜势的计算；④建立统计预警模型。
(1)显式统计预警模型方法
根据地质灾害区域预警预报理论，显式统计预警方法综合考虑了地质环境因素和降雨因素，即不同于临界降雨模板法，预警模型不仅要考虑降雨因素的作用，还需要包含地质环境因素的指标。地质环境因素复杂多样，所以用一个综合指数来衡量，降雨因素用两个指数来衡量。
选择“地质灾害潜在程度”(G)作为地质环境因素的综合指标；日降雨量(Rd)和前期降雨量(Rp)被用作降雨诱发因素的指标；以G、Rd、Rp为输入，以历史地质灾害的实际发生情况为输出，进行统计分析，建立显式统计预警模型。一般功能如下:
T=G+Rd+Rp
其中:t为预警指数，据此确定地质灾害气象预警等级；g是地质灾害的潜在程度，是地质环境条件的定量指标；Rd是日降雨量，是地质灾害发生当天的降雨量，预警分析用的是预报降雨量；Rp是以前的累计降雨量，是地质灾害发生前的累计降雨量。
(2)特殊预警符号
设计了第二代预警动画符号。CCTV-1发布预警产品图片时，预警符号动画和播音员播报形式同时配发，二代预警符号的真实感和审美效果显著提升。
(3)预警软件系统
第二代国家地质灾害预警系统基于微软Windows操作系统、Office系统和Map-GIS平台，具有便捷的图层管理、预警计算、自动区划等功能。可实现日常预警预报自动化服务，集成两代模型方法、地质环境背景、降雨数据等实时查询和便捷交互操作。
二、适用范围及应用实例
从2003年到2011，第一、二代国家地质灾害预报预警系统已应用于全国地质灾害气象预报预警工作9年，在中央电视台发布地质灾害预警信息639次，在中国地质环境信息网发布1133次，在中央人民广播电台发布152次。全国地质灾害气象预警还为2008年5月汶川地震、2010年4月玉树地震、2010年8月舟曲特大山洪泥石流的抢险救灾提供了有针对性的预警预报服务。
地质灾害气象预警系统已开发服务9年，明显提高了突发地质灾害易发区广大公众的防范意识。特别是在减少地质灾害造成的经济损失、减少人员伤亡、提高人民防灾减灾意识、促进社会稳定、保护重要基础设施等方面发挥了重要作用，得到了社会各界的广泛认可。这项工作也得到了总理、曾副总理、回良玉副总理、孙文胜部长、许部长的肯定和赞赏。
典型检查示例:
2007年8月19日，国家气象中心降雨预报结果显示，浙江南部、福建全境、广东东北部出现暴雨(50毫米)。其中，浙江南部、福建大部、广东东北部有大到暴雨(100mm)，福建东部有大暴雨(250mm)。在综合分析地质灾害“潜在程度”、气象预报降雨量和气象前期实际降雨量后，采用国家地质灾害预测预警软件预测，自动生成预警结果。
根据地质灾害反馈情况，本次预警期间全国共发生重大地质灾害105起，其中福建80起，浙江10起，云南5起，湖南10起。其中，90个灾点在5级预警区范围内，3个灾点在4级预警区范围内，6个灾点在3级预警区范围内，6个灾点在预警区范围外。
第三，促进转变方式
在core、EI等期刊发表多篇研究论文，多次召开学术会议。出版专著《中国地质灾害区域预警方法与应用》，基于显式统计预警模型的第二代国家地质灾害预警软件系统和发布系统获得两项计算机软件著作权登记证书。
2003年以来，地质灾害气象预警预报理论和方法的相关研究成果成功应用于国土资源部和中国气象局联合开展的地质灾害气象预警预报工作。在国土资源部和中国气象局合作示范的带动下，地质灾害气象预警预报工作已在30个省、223个市、1035个县开展。2003年6月至2010，通过地质灾害气象预警预报、地质灾害调查和群测群防相结合，全国各地成功避免地质灾害5356起，避免人员伤亡2918万人，财产损失37.7亿元。鉴于八年来防灾减灾工作取得的显著成绩和社会认可，国土资源部与中国气象局于2010年6月4日签署了《深化地质灾害气象预警预报合作框架协议》。
因此，随着人们对地质灾害气象预警预报需求的不断增加，地质灾害气象预警预报理论和方法的相关研究成果将不断得到深入研究和应用，并将在地质灾害防治中发挥更大的作用。
技术支持单位:中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)。
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