上海市氣象局氣象服務系統數據應用研究

董 超

(上海市氣象局信息中心，上海 200030)

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上海市氣象局氣象服務系統數據應用研究

董 超

(上海市氣象局信息中心，上海 200030)

針對上海市氣象局及下屬區縣單位氣象服務內容、數據來源不統一，部分區縣局服務資源不足的現狀，對各類數據的運用進行嚴格的控制監管，開發完成了上海市氣象局氣象服務系統，該系統包括數據傳輸、數據采集、數據交換、質量控制等方面的應用，具有提供5日天氣預報、多普勒雷達圖、災害預警、天氣實況、氣象報告、衛星云圖等功能，用于規范數據來源，通過各業務單位共享的可靠的多種氣象數據，形成市局統一管理監控下屬區縣單位，提供準確的氣象數據服務。

數據應用；氣象服務；質量控制

隨著信息時代的到來，信息傳播的途徑廣泛而又迅速。又快又好地發展公共氣象服務，是我國氣象事業的戰略決策。多年來上海市氣象局努力實現氣象信息現代化，并取得了一定的成就。但在信息化建設過程中，由于各單位立足點不同、服務對象不同、目標不同，形成了各自為政的局面混亂。公共氣象服務首要的目標是保證數據的準確性、時效性、權威性。上海市氣象局氣象服務系統的開發可以更好地保證及時準確的數據來源。系統整合上海市市局以及各區縣局氣象服務數據，規范完善數據源，通過網絡為載體，以天氣預報、重大災害天氣預警等公共氣象服務為內容，為廣大群眾提供服務[1]。同時系統豐富了內部人員多渠道獲取信息的途徑，獲取的信息途徑均來自自動設備，不存在人工觀測，與國家局所提出的氣象現代化目標相一致。筆者從系統環境、數據應用和功能方面對該系統進行了簡要分析。

1 系統環境簡介

圖1 系統構架Fig.1 System architecture diagram

1.1 系統環境配置 系統安裝了Windows2008 R2操作系統，配置了SqlServer2008數據庫，支持HTTP和FTP發布服務的IIS7.0 Web服務器，FileZilla Server軟件用于服務器開設FTP傳輸以及后臺數據入庫軟件、文檔轉換軟件、PDF轉換插件。系統采用B/S結構，客戶端通過普通PC機網頁瀏覽。系統前臺界面部分采用jQuery EasyUI技術，jQuery EasyUI提供了大多數用戶界面控件的使用。后臺采用C#/Asp.net語言MVC4框架開發。整體系統設備構架圖如圖1所示。1.2 系統層次劃分 系統分為表示層、功能控制層、基礎數據層。頁面屬于表示層。功能控制層包括數據服務、應用服務，其中，數據服務包括數據交換接口、數據轉換接口、數據發布傳輸、數據搜索引擎、數據內部訪問接口，應用服務包括用戶管理權限、文本編輯控件、文件瀏覽引擎、流程管理引擎。基礎數據層包括氣象信息數據庫、文字信息數據庫以及資源信息庫。

2 氣象服務系統數據應用

2.1 數據傳輸 對氣象服務過程中使用的綜合基礎觀測數據、天氣形勢分析數據、基礎觀測數據均由基礎數據庫統一提供，數據接口以實際上線業務模塊為準，接口采用WebService方式提供，以json格式作為主要數據輸出格式，數據調用方式依據基礎數據庫數據接口的調用規則與使用規范。對系統加工處理的入庫數據，采集數據的來源分手動錄入、遠程接入和監控入庫3種方式。手動錄入的方式是提供數據錄入頁面，手動制作。監控入庫的方式是要求把文件傳入到監控的FTP目錄，通過配置表達式來匹配文件名規則。遠程接入的方式是直接接入在其他服務器存儲的數據。

2.2 數據采集 數據采集通過與信息中心一體化數據庫、產品數據庫、文件系統、系統支撐數據庫之間建立穩定高效的數據訪問接口，通過接口可以高效地訪問系統所需的各類數據。數據訪問接口可以滿足系統、智能終端的數據訪問需求。根據不同的數據類型及存儲方式，對部分數據可以考慮建立中間數據庫，定時同步信息中心數據庫，減少同步信息中心數據庫訪問壓力；對于文件類型的數據，可同步文件到文件服務器。對于所有同步及入庫的數據，建立數據類型表，主要包括數據時間策略配置、入庫規則。入庫的同時記錄日志，統計數據的到達率，提供漏傳產品和遲到產品查詢并提醒。根據不同數據類型，定時清除歷史數據。

2.3 數據交換功能 數據交換區將成為基礎數據的存放中心和各業務系統之間的數據交換平臺。通過數據交換區，將系統的基本需求、共享提供的安全機制、數據存儲層與應用層的有效隔離有機地結合在一起，使氣象應用與其底層的數據結構和存儲方式無關。各應用系統與數據交換區相連，通過數據交換區來實現數據共享和路由，實現數據的無縫交換和共享訪問。數據交換區保證平臺無關性，使采用不同平臺技術開發的應用系統均可以實現無縫的數據交換。另外，通過數據交換區的數據服務管理功能，即可進行相應的設置調整。而新的應用系統需按照數據交換區的接口標準開發相應的數據交換接口。數據請求方將數據請求提交到數據交換區，如該數據是存儲在數據交換區的本地數據庫中，則數據交換區從本地數據庫中獲取請求的數據，并按照規定的格式發送給請求方；如該數據是由其他應用系統(下稱“數據提供方”)提供，則數據交換區將把數據請求轉發給數據提供方，數據提供方按照規定的格式向數據交換區發送請求的數據，數據交換區再把該數據發送給數據請求方。數據請求方和數據提供方(統稱“數據交換節點”)均應在數據交換區進行，由數據交換區進行統一管理。在數據交換發生時，數據交換區根據信息進行數據的路由，主動調用數據交換節點的數據訪問服務來向數據交換節點傳送數據或從數據交換節點獲取數據。

2.4 質量控制 質量的控制有前端控制、服務端顯示控制或過程結合質量控制3種方式，系統中增加“信息質控”運維功能，就是對所關注的氣象服務信息獲取時間、信息準確性、信息一致性、站點預報等信息進行質量控制。對站點監測數據接收、轉換入庫，可以基于MICAPS對預報和實況信息對比，對所獲的信息手工可修改。通過多種數據源不同渠道采集到的數據，限定了數據的質量，同時，由于之前缺乏統一的數據規范與標準，不同行業部門對氣象服務數據有不同的標記形式與理解，從而形成了語義層次的差異。如何對采集到的原始數據進行加工處理，滿足不同層次的應用需求、傳輸需求與交換需求，是信息平臺的工作重點。采集到的原始數據質量參差不齊，必須對數據進行規范化處理，剔除掉不符合標準的無效數據。對有意義的數據，因為只是表達方式的差異，可以按照標準進行自動糾正與轉換。對于原來存在于多個系統的重復記錄，整合后要對重復記錄進行合并處理，保證記錄唯一性。

為了滿足信息交換的需求，即系統需要與其他平臺或外部機構進行數據交換，將來更可能在全省應急指揮等層面進行信息交換與整合，需要將平臺內部交換的數據按照不同需求發布成不同的格式，因此采用可擴展標記語言(XML)及擴展樣式表轉換語言(XSLT)用于標準化、結構化數據的格式轉換，2種語言非常適合這方面的工作，通過配置不同的數據模板，將數據轉換成相關標準的可交換數據格式。另一方面，統計分析也是氣象服務及監控反饋管理的重要內容之一。考慮到系統的數據量級及性能的要求，需要對數據預先進行加工處理，按類別、時間、事件等要素進行統計分析，為進一步生成報表預先準備好所需的數據，尤其是聚合類統計信息。

3 氣象服務系統功能

3.1 5日天氣預報 將當日及未來5 d的天氣現象、溫度、風向、風速等氣象要素，由每日2次發布的城鎮預報以ftp方式同步上傳到服務器，根據不同時次的時段數據變更微調同步到系統，區縣局可以根據實際情況，在整點前重新微調上傳數據，后臺系統將根據上傳數據每2 min做一次同步處理,保證了數據的準確性。由于現在存有大量其他預報部門天氣軟件、數據來源混亂、數據偏差大、數據不準確等問題，5日天氣預報可以準確了解當日及未來天氣狀況。

3.2 多普勒雷達圖 常規天氣雷達的信號測量僅限于氣象目標的強度，而多普勒天氣雷達除具備常規天氣雷達的全部功能外，還能同時提供大氣風場的信號對氣象回波進行多普勒速度的分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況，系統中雷達回波動態圖可以及時準確地預測短期內降雨情況、分布狀態，提高了雨情的時效性、直觀性。如上海南匯雷達站多普勒雷達圖(圖2)，其右上角數據為回波圖數據信息：PPI平面位置顯示，Elevation表示仰角為0.50°，range表示范圍是230 km，resolution表示探測分辨率為1 km，RDA和Site表示雷達站號是Z9210，lat表示緯度，lon表示經度，hgt表示雷達站海拔高度44 m，task表示采用VCP21的掃描模式,date和time表示2016年7月19日15：51：58，reflectivity表示反射率，顏色分布由弱到強，隨著反射率強度提升，降雨可能性增大。多普勒雷達設備通過多年的使用，數據準確性已經達到很高程度。

3.3 災害預警 系統實時讀取上海氣象局中心臺災害預警，保證預警的時效性，作為對外使用的信息發布平臺，及時準確地發布信息是災害預警的首要目標[2]。通過實時同步數據，在一些不具有氣象短信預警服務的用戶，可以通過網絡查看預警信息，使得應用面更廣，獲取信息途徑更多。預警分為黃、藍、橙、紅四級預警，預警級別由低到高。

3.4 天氣實況 天氣實況獲取上海10個一般站以及1個基本站自動站數據，由服務器每小時整點同步上傳1次，以曲線圖形式顯示當日的氣象變化數據情況[3]。天氣實況顯示的為溫度和降水變化曲線，在右上角選項中可切換不同站點查看本站相應的曲線圖(圖3)。以徐家匯站為例，點擊曲線上的點，具有顯示溫度、氣壓、風向、風速、相對濕度、降水量等數據(圖3)。

3.5 氣象報告 氣象報告提供華東及沿海地區天氣預警報告、海面降雨、風向風速報告。其中主要天氣預警包括大風預警、高溫預警、降雨預警等預警信息。氣象報告同時提供上海市市區氣象數據的詳細報告。

圖2 上海南匯雷達站雷達回波Fig. 2 Radar echo map in Shanghai Nanhui Radar Station

圖3 天氣實況Fig.3 Weather map

3.6 衛星云圖 系統中使用的是FY2E衛星云圖為預報提供云參數、大氣流場和各種大氣物理過程等重要的氣象信息，監控常規天氣圖上無法觀測到的中小尺度災害性天氣現象[3]。

4 關鍵技術

4.1 net 系統采用.net架構，使用中間件技術實現，支持多種流行服務器軟硬件平臺、構件化和面向對象。其中，XML國際標準作為數據交換接口規范，具備良好的開放性，具備縱向和橫向的功能擴展及應用系統集成。

4.2 B/S 系統采用全B/S結構在安裝服務器相關系統配置環境、軟件，完成服務器安裝后，通過網絡連接，在其網絡下的計算機均可以通過網絡訪問系統[4]。B/S結構優點：系統管理簡單，大大減少客戶機維護工作量；具有靈活的軟、硬件系統構成；提高程序的可維護性和可擴展性；增加系統的安全性。

4.3 Web Service Web Service是由企業發布的完成其特定需求的在線應用服務，其他公司或應用軟件能夠通過互聯網來訪問并使用這項在線服務。Web Service主要有跨防火墻通信、應用程序集成、B2B集成、軟件和數據重用等優點，主要目標是跨平臺的可互操作性，使得異構的應用程序能夠彼此通信并共享信息，其主要標準本身是建立在進一步的標準http和xml的基礎之上，它邏輯性地為其他應用程序提供數據與服務[5]。各應用程序通過網絡協議和規定的一些標準數據格式(http、xml、soap)來訪問Web Service，通過Web Service內部執行得到所需結果。Web Service可以執行從簡單的請求到復雜處理的任何功能，它定義了應用程序如何在Web上實現互操作性，具有平臺無關性、編程語言無關性。在系統中對異構環境及跨網絡其他業務系統的通信與協作采用Web Service實現。

5 小結

該系統結合上海氣象局公共服務內容、數據來源不統一以及部分區縣服務資源不足的現狀，整合市局及區縣局氣象服務數據，包括數據傳輸、數據采集、數據交換、質量控制等方面的應用，對區縣統一管理、統一監控，設置權限主次應用于同一平臺。在開發系統的基礎上，有效地結合各個業務單位系統平臺，提供5日天氣預報、多普勒雷達圖、災害預警、天氣實況、氣象報告、衛星云圖等多種氣象服務，提高氣象服務人員的工作效率，提高氣象服務工作的質量。

[1] 駱月珍，吳利紅.關于公共氣象服務的幾點思考[J].浙江氣象,2008(1):27-31.

[2] 王赟,段燕楠，姚愚，等.基于Web Service的氣象預警短信發布系統設計與實現[J].氣象科技,2012(3)：384-387.

[3] 陳渭民.衛星氣象學[M].北京：氣象出版社,2005.

[4] 李云云.淺析B/S和C/S體系結構[J].科學之友,2011(2)：6-8.

[5] 楊偉明. 基于web的氣象信息共享平臺的設計與實現[D].大連：大連理工大學,2014.

Data Application of Meteorological Service System of Shanghai Meteorological Bureau

DONG Chao

(Information Center of Shanghai Meteorological Bureau, Shanghai 200030)

Current status of Shanghai Meteorological Bureau and units of its subordinate counties has the characteristics of not unified meteorological service content and data source, and shortage of service resources. Based on these, strict control and supervision of data were carried out. Meteorological service system of Shanghai Meteorological Bureau was developed, which included the data transmission, data collection, data exchange and quality control. It had the functions of five day weather forecast, Doppler radar map, disaster warning, weather reports, satellite cloud picture and so on. This system was used to regulate the data source. Through the various and reliable meteorological data shared by business units, we formed the units of its subordinate counties under the management of city public security organs. And the accurate meteorological data service was provided.

Data application; Meteorological service; Quality control

董超(1986- )，男，上海人，助理工程師，從事氣象服務工作。

2016-08-10

S 16

A

0517-6611(2016)28-0191-03