抗击“利奇马” 专利护家园

台风将至：创新科技助力预警

8月9日15时，在距离浙江省沿海小城温岭东南方向约145公里的海面上，波涛翻滚、暴雨如注，今年第9号台风“利奇马”正裹挟着超强气流步步逼近，或于12小时后正式登陆。气象部门进入到迎战部署倒计时。

事实上，“利奇马”登陆前72小时，气象部门便开始持续发布台风动态信息。7日17时，气象部门进入重大气象灾害（台风）四级应急响应状态；8日11时，与自然资源部门联合发布地质灾害气象风险黄色预警信号；9日8时，进入重大气象灾害（台风）一级应急响应状态，台风红色预警信号、地质灾害气象风险红色预警信号相继发布；9日晚间，最后的战役打响，气象信息内参、重要气象报告、超强台风紧急警报等在气象信息通讯网络间快速传递……

不仅如此，从酝酿成型、临近登陆，到后续的一路沿华东北上，“利奇马”的路径、强度变化以及风雨影响情况都受到严密监测。这些及时、准确的气象信息，为波及地区抗击台风提供着决策性参考和有力的数据支撑。在这背后，更是有一批由我国自主掌控关键技术的气象科技利器，在气象工作者的指挥下有机协作，尽显实力。

地空呼应精准预报

图1

风云四号A星（如图1所示）是我国新一代静止轨道气象卫星，其主要承担着获取云图、探测大气垂直结构的任务；GRAPES数值预报是一套最优化利用探测数据，求解大气运动变化规律所遵循的数学物理方程，以推演天气变化的技术体系。风云四号A星与GRAPES数值预报隔空相望，互动协作，高效把守着气象监测任务的第一道关。

据中国气象局相关人员介绍，风云四号A星装载的核心探测仪器包括多通道扫描成像辐射计（AGRI）、干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）、闪电成像仪（LMI）以及空间环境监测仪器（SEP）。此次“利奇马”来袭全程，风云四号A星通过多通道扫描成像辐射计，每15分钟会对“利奇马”进行一次加密观测，同时反馈中国及周边云图数据和温、湿度数据；干涉式大气垂直探测仪则主要负责对台风敏感区域的加密观测，每30分钟完成一次目标区观测，同时反馈敏感区域大气温、湿度垂直廓线数据。

GRAPES数值预报系统在接收到风云四号A星探测数据后，会通过GRAPES全球切线性伴随模式技术，推测未来48小时可能影响我国东部区域预报的观测敏感区，以设定加密观测区范围。这一范围数据会经由国家卫星气象中心的气象人员，结合风云卫星探测特点略作调整，进一步准确规划加密观测区。而风云四号A星加密观测的反馈数据，则会通过同化应用来不断改善GRAPES数值预报的初始场，以提高台风路径和强度的预报水平。

值得注意的是，风云四号A星与GRAPES数值预报系统都是我国自主创新的有力践行，一再推进着我国在气象科技领域的国际地位。

据了解，风云四号A星探测仪器多项核心技术均由我国自主研发。其中，多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪的技术攻坚团队，先后破解了亚秒级指向精度的碳化硅双扫描镜二维扫描机构研制技术、高灵敏度面阵探测器技术、甚长波红外探测技术等多项技术难题，最终实现了从基础机理到核心元部件，再到系统集成全创新链的自主可控研制，并在轨得到验证。这也使得我国气象卫星在国际上率先实现高时效对地三维探测，对提高全球观测能力具有重要意义。

对于GRAPES数值预报技术，我国更是实现了从零到一的突破。数值预报是整个气象业务的核心与基础，随着我国经济与科技实力的不断增长，过去依靠引进而建立起的数值预报业务系统逐渐显现出不相适应的问题。2001年，我国开始自主研发新一代全球/区域通用数值天气预报系统GRAPES，先后在区域模式、全球模式、高分辨率资料同化以及数值天气模式上完成技术攻关。2016年，GRAPES数值预报系统正式投入业务化运行并面向全国下发产品，这也宣告着我国基本掌握了从全球预报到区域高分辨率预报的系列数值预报核心技术。2020年GRAPES全球数值预报系统计划在计算精度和同化技术再上一个台阶，将主要提升对局部地区强天气的快速预报、预警能力，提高对全球天气尤其是大范围转折性天气的可用预报时效。

智能双联全面预警

气象预报是不断从定性预报、描述性预报，向数字化、格点化预报发展的。2010年左右，“网格预报”这一概念被引入我国精细化预报业务中，它就如地球经纬线一般，将全国乃至每个城市所在区域分解成许多个5公里×5公里、1公里×1公里的网格，每一个网格中的天气情况都存在差异。“网格预报”可精细针对每一个网格空间展开，高频次更新发布气象情况。

目前，我国气象预报服务已建立起统一数据源的“一张网”——网格预报业务，并已于2018年底正式投入运行。这张网空间分辨率达5公里×5公里，时间上可实现逐3小时发布未来10天的天气预报，预报产品已细化到4大类18个气象要素。这张时空分辨率越来越高的预报网格已经是气象部门预报业务最为关键的预报产品，中央气象台将其作为基础产品提供给各级气象部门及气象服务单位后，各级气象部门可再结合基于位置、网络、移动终端等的多重服务手段，为公众提供距离更近、针对性更强的服务和产品。

据上述中国气象局人员介绍，高分辨率智能网格离不开高分辨率区域数值预报模式的支撑。目前，我国已有四套业务化运行的高分辨率模式，包括中国气象局数值预报中心研发的GRAPES全球数值预报模式，以及北京、上海、广东三个区域气象中心研发的高分辨率模式。我国高分辨率气候模式与模式预测系统性能已跻身国际前列，次季节至季节预测技术稳步提高，气候预测模拟能力也显著增强。

“利奇马”来袭期间，高分辨率智能网格预报产品在各领域得到充分运用。在浙江，省水利厅基于网格预报产品实时开展流域洪水预报预警；省防汛抗旱指挥部基于网格预报产品实现了省对市、市对县、县对乡镇和村（社区）的“点对点”风险指导。在江苏，短临预报系统结合高分辨率区域模式PWAFS，逐10分钟预报未来1×1公里分辨率的降水和风场，为台风精细化预报提供了强力支撑。

智慧台风检索平台则是集大数据、云计算、人工智能等新兴技术于一体的产物。该平台着力于应对繁杂的台风预报服务需求，可检索历史相似台风路径，同时显示相应的环流形势场、卫星云图等，有助于建立台风预报思路。此外，该系统的统计分析功能，还能在服务材料的生成任务中部分代替繁杂的手工劳动和计算，进一步提升了预报效率及准确性。（李杨芳）

台风来袭：专利神器对抗风雨

8月4日生成，到8月13日14时被中央气象台停编，今年以来的最强台风“利奇马”生命周期长达216小时。在这九天里，“利奇马”先后两次登陆我国，并携狂风暴雨袭击我国东部沿海。它登陆强度强、陆地滞留时间长、降雨强度大且极端性显著、大风影响范围广且持续时间长，对浙江、福建、江苏、上海、安徽、山东等地居民的人身和财产安全带来了严重威胁。在这过程中，防风、挡水“神器”运用相关专利技术对抗风雨，有效地提高了各地灾害应急防御及抢险应对能力。

防风神器稳固高楼

中国气象局发布的台风“利奇马”气象评估报告显示，“利奇马”登陆时中心附近最大风力16级（52米/秒，超强台风级），在1949年以来登陆我国大陆的台风中强度排名第五。台风肆虐，阻尼器、纳米胶带等防风镇楼神器悄然走红。

超高层建筑对强风的作用比较敏感，高层区域的风速比地面大5至6级，如果高度10米地方的风速为5米/秒，那么高度300米地方的风速将会超过30米/秒。因此，很多超高层建筑装有被称为“定楼神器”的阻尼器，以控制狂风带来的振动，其原理是当强风吹晃大厦时，质量巨大的阻尼器会朝着反方向摆动，从而减轻大楼的摇晃。

图2

上海中心大厦高632米，地下5层，地上127层，是中国第一高楼。台风来袭，上海中心大厦的防风抗台“镇楼神器”——名为“上海慧眼”的阻尼器（如图2所示）开始运作。据了解，“上海慧眼”是由上海材料研究所自主研发的电涡流摆式调谐质量阻尼器。相比于传统的阻尼器，这种新型阻尼器实现了阻尼系统与质量块的柔性连接、阻尼比的灵活调节，使阻尼性能大幅提高。

这是个重达1000吨的“超级巨无霸”，由吊索、质量块、阻尼系统、主体结构保护系统等4部分组成。它的质量块和吊索构成一个巨型复摆，与主体结构的共振，可以削减强风带来的高层晃动，帮助超高层建筑保持楼体稳定和安全。本次台风经过，“上海慧眼”的最大摆幅是70厘米，距离理论上的极限摆幅2米还相距较远，完全经受住了超强台风的考验。

八月瓜创新服务云平台专利分析经理梁洪峰经专利检索发现，目前全球关于阻尼器的专利申请量有1.8869万件，其中，授权且处于有效状态的专利数量为6543件，国内申请量为6275件，授权且处于有效状态的有3075件。日、中、韩、美是专利申请主要目标国，其中日本由于常年受地震侵扰，在该领域投入研发较多，其专利数量明显高于其他国家和地区。从技术主题来看，涉及建筑物抗地震或防地面下陷，以及建筑物防护的专利申请量占比最大。

“利奇马”的威力不容小觑，除了超高层建筑，普通建筑也受到威胁，网购平台上售价几元到几十元不等的纳米胶带销量陡增。专业人士指出，门窗玻璃中间部分比较脆弱，用纳米胶带或一般的封箱胶带，贴成“米”字型或交叉型进行防风确实有一定效果，还可以防止玻璃破裂四溅时伤人。

挡水利器对抗洪涝

台风“利奇马”挟风雨而来，给城市乡村带来了严重的内涝，道路积水，交通瘫痪，人群被困。“利奇马”离开江苏后一路北上，进入山东威力不减，使得该地普降特大暴雨，致使多地严重受淹。在受灾较重的寿光市，王口、张建桥、寒桥和弥河大桥四处的大水被一堵银白色的墙所拦截，抵御住了高出地面1.8米的超高水位，使其平安度汛。

图3

原来，这堵被称为“挡水利器”的防洪墙，是由河海大学力学与材料学院与企业合作研发的新型装配式可移动防洪墙（如图3所示），有效地提高了洪涝灾害应急防御及抢险应对能力。

这种新型防洪墙由铝合金新型材料制成，组装快捷方便、可调节高度、可移动、可重复使用。只需利用人工与小型机械相结合的方式，就能够快速在河道、江岸、堤坝、码头、车库、交通涵洞、水电站等地，灵活安装完成移动式防洪墙，并能在现有堤防基础上，解决堤防防洪等级低、高度不足以及堤防高度与景观生态不协调等问题。

据了解，寿光市面对这次60年一遇的特大降雨，相关部门抢先在洪峰到来前，在上述四处地点安装了防洪墙。洪峰抵达时，在洪水的侵袭下，防洪墙仍严丝合缝，一侧的洪水高出地面近两米，另一侧则安然无恙，牢牢地将洪水阻挡在主城区外，切实地保护了居民的生命财产安全。

梁洪峰经专利检索发现，截至目前关于防洪墙的全球专利申请量共计1470件，其中授权且处于有效状态的专利数为518件，国内专利申请量为745件，授权且处于有效状态的专利数为373件，我国自2013年开始进入防洪墙专利申请量的快速增长期。

该领域主要创新主体有华北水利水电大学、上海华滋奔腾防汛设备制造有限公司、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司。中、韩、德、美是专利申请主要目标国，尤其中、韩为专利布局重点。在华布局的国家和地区中，中国本国专利申请占据绝对优势，美、德、英等国拥有少量布局。

从技术主题来看，各国布局的细分技术领域有所差异，但主要集中在保护壁、材料、结构、防洪墙整体、建筑物五大细分领域。我国专利申请主要集中在防洪墙整体、水利工程、流化床反应、挡水墙、活动钢闸板等领域，而美国和德国则主要侧重结构本身的创新和改进。（李思靓）

台风离境：严防发生次生灾害

“利奇马”来袭，华东及环渤海等地遭受严重风雨影响，浙江、安徽、江苏、山东等地均出现不同程度的城乡积涝、中小河流洪水、山洪和滑坡等灾害。虽然台风“利奇马”已经远去，但它从东南沿海到东北地区一路给人们造成不同程度的损失，需要后续相当长时间的修补与重建。

许多自然灾害，特别是等级高、强度大的自然灾害发生以后，常常诱发出一连串的其他灾害，这种现象叫灾害链。灾害链中最早发生的起作用的灾害称为原生灾害；而由原生灾害所诱导出来的灾害则称为次生灾害。

专家提醒，次生灾害具有后发性、滞后性的特点，尽管台风“利奇马”已经结束，但房屋、桥梁、山体等在台风中受到洪水长时间的冲刷、浸泡，虽然当时没有发生坍塌，但待台风过后、洪水退去，需注意防范强降水可能引发的山洪、泥石流、滑坡、城乡积涝等次生灾害。

此外，随着受灾地区雨水逐渐消散，气温回升且天气潮湿，容易滋生疾病媒介生物，灾后卫生防疫防病工作也是重中之重。相关部门需及时进行防控传染病、加强环境消杀和生活饮用水监测工作，消除卫生安全隐患，确保风灾之后无大疫。

可用于灾后防疫消毒的方法有很多，需根据具体情况科学选择。被洪水淹没地区需及时进行外部环境消毒处理，减少蚊、蝇、鼠及其他吸血节肢动物等病媒生物的滋生，避免二次污染。对于墙面、地面、门窗和倒塌的废墟如受到污染或可能受到污染时，可选用二溴海因消毒剂、单过硫酸氯钾消毒粉等配成消毒液喷洒消毒。

在乡村受灾区域，部分牲畜家禽死亡，种植物、养殖鱼虾受淹，还需祛除死亡疫病隐患。需组织卫生和农技专家组深入实地指导无害化处理，并对畜禽养殖场进行地毯式消毒，帮助各地灾后尽快恢复生产。

洪涝对于供水也会带来卫生安全隐患，供水单位需抓好水源水、出厂水、管网末梢水的水质检测工作，重点加强生活饮用水的消毒监测工作，确保水质消毒到位。居民可以根据需要使用家用水质检测仪进行检测。（李思靓）