借助Matlab GUI、C#開發基于CIMISS和SQL Server的城鎮天氣預報質量檢驗平臺

李若楠　呂家欣　全美蘭　李俊樂　李炳坤　馬曉穎　劉暢

摘要 天氣預報質量不僅是氣象部門的日常業務考核內容，也是各個氣象臺站、每個預報員業務水平高低的具體體現。城鎮天氣預報質量檢驗平臺采用C#語言通過氣象數據統一服務接口（MUSIC），將CIMISSS中的氣象數據提取到本地SQL Server數據庫中，利用Matlab GUI編程并可視化數據庫中的數據，可隨時有效地對當地整體天氣預報質量和個人預報員的天氣預報質量進行評定。系統自2020年1月投入運行以來，天氣預報質量評定效率顯著提高，該系統運行穩定、界面友好、操作簡單、評定準確、性能可靠，可在各市氣象局進行推廣使用。

關鍵詞 城鎮天氣預報質量檢驗;CIMISS;MUSIC;C#;SQL Server;MATLAB GUI

中圖分類號：P409 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2021）11–0054–02

信息化是當今世界經濟社會發展的大趨勢，為了推進氣象信息化工作，滿足各種氣象業務應用需求，統一氣象數據環境，國家發改委建設重點項目“全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）”，實現了國家級、省級數據同步和實時歷史數據一體化管理，并提供了氣象數據統一服務接口（MUSIC），為國、省、地、縣各級氣象局應用系統提供唯一權威的數據接入服務，這為各級氣象臺站共享氣象信息和業務應用開發與科研工作提供了便利條件，現已成為氣象數據流動的“主動脈”[1-2]。各級氣象部門基于CIMISS也研發出了多種業務應用系統[3-7]。天氣預報的準確度不僅是氣象部門日常業務重要的考核內容，也是每個氣象臺站和每個預報員業務能力高低水平的具體體現。為減少人工統計的工作量和準確度，本文借助C#、SQLserver2008和Matlab GUI設計開發出城鎮天氣預報質量檢驗平臺，此平臺能快速查詢并統計出全體或個人歷史天氣預報質量情況。

1 系統設計及技術路線

1.1 基本思路

利用C#編程每日定時（08：00、20：00）將日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量數據提取出，并保存到本地SQL數據庫中，再通過Matlab GUI設計開發城鎮天氣預報質量檢驗平臺，通過建立ODBC源的方式隨時讀取SQL Server數據庫中的數據并進行統計分析和可視化展示。

1.2 功能設計

城鎮天氣預報質量檢驗平臺主要分為4個功能：個人/地區分時段質量檢驗、分時段逐月—年檢驗、綜合逐月個人檢驗、綜合逐月—年檢驗。可通過2種方式將查詢結果保存：保存當前結果、截圖當前界面。天氣預報準確率是指最高溫度準確率、最低溫度準確率、晴雨準確率，統計時段為08：00～08：00或20：00～20：00。通過組合選擇平臺自動提取和計算數據，并將統計結果展示在界面上。

1.2.1 個人/地區分時段質量檢驗 輸入統計年份，選擇統計月份和統計時段，根據選擇好的統計選項（預報員、整體），統計結果包含月平均準確率、每個評分臺站月晴雨錯落報數及逐日質量評定詳情（實況值、預報值、評定結果）。

1.2.2 分時段逐月—年檢驗 輸入統計年份，選擇統計月份和統計時段，點擊分時段逐月—年檢驗，統計對象為所有評分臺站。統計結果包含4個部分：統計時段年平均準確率、逐月預報準確率、累計月預報準確率、逐月和累計月預報準確率和累計月值班數。

1.2.3 綜合逐月個人檢驗 輸入統計年份，選擇統計月份，點擊綜合逐月個人檢驗，統計對象為所有評分臺站，統計時段為2個時段的合并，統計結果包含4個部分：集體月平均準確率、年平均準確率、選擇月份每個預報員和集體的天氣預報月準確率以及月值班班次、1月至選擇月份每個預報員和集體的天氣預報累計月平均準確率以及對應總值班班次。

1.2.4 綜合逐月個人檢驗 輸入統計年份點擊綜合逐月—年檢驗，統計對象為所有評分臺站，統計月為輸入年的全月，統計時段為2個統計時段的合并，統計結果包含集體天氣預報準確率、每個預報員和集體全年逐月天氣預報準確率和年天氣預報準確率、每個預報員和集體全年每月值班班次和次數。

2 統計原理

2.1 晴雨統計原理

晴雨預報準確率規定：雨天標記為1，晴天標記為0，即降水量不為0的日為降水日，當預報標記=實況標記就判定為晴雨預報正確。

2.2 溫度統計原理

根據（遼氣發[2006]171號）關于印發《遼寧省氣象部門鄉鎮短期天氣預報質量檢驗辦法（試行）》的通知中對溫度預報準確率的規定，若預報溫度與實況溫度絕對差值不大于2判定溫度預報是正確的，評定值為1，否則為0。

2.3 準確率統計原理

P=（M/N）×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

P：準確率;

N：統計樣本總日數（即班次）;

M：統計樣本中評定值為1的日數。

3 關鍵技術

3.1 數據庫設計

按照結構化設計方法，數據庫設計的步驟包含：需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理設計、實施與測試、運行維護等幾個階段[8]。

本文利用Microsoft SQL Server 2008創建本地數據庫，庫名Ground并設置用戶名和登錄密碼;新建數據表dbo.daysvalue和dbo.CityTRstatistics分別用于存儲08：00～08：00、20：00～20：00日各站點實況值、預報值與評定結果和各預報員城鎮天氣預報質量數據。

3.2 基于CIMISS環境的氣象數據訪問及數據入庫設計

MUSIC是用戶從Cimiss數據環境中獲取數據或產品的應用編程接口，參考MUSIC網站說明調用接口函數，即可完成從cimiss環境中獲取數據或產品功能。本文利用C#編寫調用代碼從CIMISS中讀取需要的氣象數據并入庫到本地SQL數據庫中。

3.3 氣象數據的可視化

MATLAB軟件具有強大的數據分析、科學計算和圖像處理功能，其圖形用戶界面（GUI模塊）是包括窗口、圖標、菜單、工具條等的用戶界面，具有設計界面友好、人機交互方便的特點，使用GUIDE即可完成GUI圖像界面布局和GUI編程這2項工作[9]。

本文選取菜單編輯器、靜態文本、可編輯文本、彈起式菜單、觸控按鈕、表格、面板完成氣象數據可視化的界面設計。

4 應用實例

以2020年6月08：00～08：00為例，統計選項里“整體”為例展示個人/地區分時段質量檢驗功能（圖略）。平臺顯示出6月每日每個值班員當日各氣象要素預報的準確情況以整體08：00～08：00月預報準確率為：最高溫度準確率為93.33%、最低溫度準確率為88%、晴雨準確率為89.33%，晴雨錯落報情況：章黨錯（落）報1次，清原和新賓各錯（落）報2次。

5 結束語

利用C#編程可以將Cimiss中需要的日氣象數據定時提取并保存到本地SQL數據庫中，通過Matlab GUI設計開發城鎮天氣預報質量檢驗平臺可以隨時查詢到某日具體預報質量情況，根據日常業務功能需求，能自動統計出撫順地區城鎮天氣預報質量日質量、月質量、年質量情況和各預報員天氣預報質量日質量、月質量、年質量情況。相比手動編輯統計的方式，數據庫存儲數據既保證了數據的安全性、準確性和長久性，友好的人機交互界面和多功能數據可視化設計也極大地方便了預報員總結分析預報質量，為目標考核和優秀預報員評比提供了科學的依據。

參考文獻

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[7] 熊劦，鄧衛華，胡佳軍，等.基于CIMISS的區域災害性天氣實時監測與報警系統的設計與實現[J].氣象科技， 2017，45 （3）：453-459.

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[9] 羅華飛.MATLAB GUI設計學習手記[M].第2版.北京：北京航空航天大學出版社，2011.

責任編輯：黃艷飛

Development of Urban Weather Forecast Quality Inspection Platform Based on CIMISS and SQL Server With the Help of Matlab GUI and C #

LI Ruo-nan et al（Fushun Meteorological Bureau， Fushun， Liaoning 113000）

Abstract The quality of weather forecast is not only the daily operational assessment content of meteorological departments， but also the concrete embodiment of the operational level of each meteorological station and forecaster. The quality inspection platform of urban weather forecast uses C# language to extract meteorological data from cimisss to local SQL Server database through the unified service interface of meteorological data （music）， by using Matlab GUI programming and visualizing the data in the database， the local overall weather forecast quality and individual forecasters weather forecast quality can be effectively evaluated at any time. Since the system was put into operation in January 2020， the weather forecast quality evaluation efficiency of Fushun meteorological station has been significantly improved. The platform has the advantages of stable operation， friendly interface， simple operation， accurate evaluation and reliable performance， which can be widely used in various municipal bureaus.

Key words Quality test of urban weather forecast; CIMISS; MUSIC; C#; SQL Server; MATLAB GUI

作者簡介 李若楠（1989—），女，吉林遼源人，工程師，主要從事天氣預報預警和氣象服務工作。#通信作者：呂家欣（1995—），女，遼寧綏中人，助理工程師，E-mail：1091627551@qq.com。

收稿日期 2021-07-23