溫州鄉鎮精細化預報一體化平臺的設計和實現

吳孟春++朱景++袁慧珍++周必高++周捷

摘 要精細化預報業務運行已多年，各市縣預報制作和訂正主要是站點方式為主。隨著預報精細化到鄉鎮服務后，多站點、多要素的預報制作和訂正方式，不但給預報員帶來很繁重的工作量，同時也難以滿足快速增長的精細化氣象服務需求，所以調整和優化現有的精細化預報模式已十分必要。2015年開始對全市鄉鎮精細化要素預報業務進行整合和優化，并組織開發了集鄉鎮氣象要素預報制作、訂正及發布的溫州鄉鎮精細化預報一體化平臺。該平臺實現了基于GIS的鄉鎮精細化產品的站點和格式化模式的制作、訂正、發布功能的統一發布平臺，促進了本地區鄉鎮精細化氣象預報業務服務的規范化、流程化和統一化。文章先介紹了溫州鄉鎮精細化預報的現狀和需求，再從溫州鄉鎮精細化預報一體化平臺的設計思路、主要應用功能和特點等方面進行了介紹。

【關鍵詞】鄉鎮精細化天氣預報 WebGIS 格點訂正 數據聯動 一鍵發布

氣象預報的精細化是當代氣象預報技術發展的趨勢。目前氣象部門通過各級高性能計算平臺，已經可以獲取基于GFS/OCF/RUC等數值模式以及QPF雷達降雨評估方法的網格精度從0.01度到0.05度各級不等、時間跨度從3小時到196小時、間隔從3小時到24小時不等的多種精細化預報結果，但在實際工作中，單一的數值預報結果都有其局限性，需要人工根據經驗進行干預才能得到更準確的預報，同時對社會服務的預報單位是行政區劃、地理位置等進行描述，而不是原始的網格，目前也需要人工處理才能實現從規則網格到實際服務對象的轉換。

1 一體化平臺的需求分析

平臺要以B/S網絡架構，利用GIS技術，將各客觀預報產品要素在GIS上顯示出來，并通過相應的工具對各要素格點化、圖形化，可進行快速的訂正及發布。

需要實現功能：

（1）多種預報數據分析：多種數值天氣預報時空分辨率和預報準確率不斷提高已經能為鄉鎮精細化要素預報提供一個基本的參考。

（2）預報訂正：可隨時對預報數據進行修訂，訂正方法可用格點化、圖形化訂正。

（3）快速發布：一鍵發布是對制作完成的預警產品、預報產品以及服務產品提供一鍵式發布功能。

（4）平臺需要建立模塊化、標準化的數據接口，可用于二次開發應用，如預留提交國家局LWFD接口等。

（5）平臺設計通用性，配置簡單快捷，以便能在全省、市范圍內應用。

2 一體化平臺設計和實現

鄉鎮精細化預報一體化平臺采用B/S網絡架構，利用WebGIS高交互技術，基于各種客觀模式數據（WARRS、WARMS、OCF、EC）及檢驗算法形成各鄉鎮的客觀預報初始場數據，結合多功能多方法的訂正和校驗，形成主觀精細化預報產品，基于主觀精細化數據生成精細化預報產品，再通過一鍵發布把各種預報產品分發出去。其流程如圖1所示。

2.1 基于WebGIS的底層設計

一體化平臺底層應用webgis和html5技術，實現海量矢量數據以及格點數據快速渲染，滿足高分辨率下的顯示性能。基于地理信息技術，實現業務數據在空間上的各種顯示與分析功能，包括地理掩膜，空間計算和空間分析等。

2.2 多種客觀模式結合的精細化預報分析

系統首先對各種客觀模式數據（WARRS、WARMS、OCF、EC）進行處理，根據時空分辨率形成相應的客觀NC數據，并根據需要對客觀模式進行插值處理。客觀NC數據根據不同的要素（如溫度、降水）、年月日、起報時間、預報時效分別進行存儲。對站點格點數據進行統一存儲，站點數據直接從格點數據中獲取，站點訂正以及格點訂正對數據進行一致性處理。

2.3 預報訂正

2.3.1 格點訂正

※ 格點效訂正

提供格點單時效訂正的多種訂正工具，訂正工具包括凹槽、凸脊、蓋章、賦值、等值線、梯度、魔棒、克隆和移動。這些工具能用不同的方法快速調整選擇的范圍內各要素值。圖2為格點訂正界面。

2.3.2 站點訂正

站點訂正支持單時效站點訂正和多時效站點訂正。單時效站點訂正，支持單點以及區域訂正，可以對選中的站點進行賦值，以及基于原有值的加減操作；多時效站點訂正，支持單站多時效的曲線訂正，可把某一訂正完的站點設為參考站點，然后在參考站點的基礎上對目標站點進行加減操作。快速完成相關站點訂正。

2.3 數據聯動

系統主要利用HighCharts組件實現對多時效數據的圖形展現并實現圖表數據聯動以及后臺數據聯動，通過拖拽曲線上預報點數據進行上下左右移動來快速動態調整數據，并同步調整后臺的數據。

通過圖表數據聯動，提供圖形曲線訂正、表格訂正不同的訂正方式之間的數據聯動，方便預報員快速、方便的對站點數據進行訂正。同時表格訂正支持對選中單元格數據復制到整行、復制到整列、整行值調整、整列值調整等快捷方式。

2.4 檢驗方法

2.4.1 站點檢驗

基于主觀預報訂正數據以及自動站實況數據，提供點對點的檢驗，檢驗要素包括降水、溫度、風速風向。

2.4.2 格點檢驗

通過面向對象的檢驗實現格點預報檢驗。系統提供格點的MODE檢驗，針對預報場與觀測場中的天氣系統進行相似度計算并配對，根據相似度比較天氣系統各參數的預報準確度。由于在計算相似度時可以選擇多個不同類型的參數，使得該評估算法能幫助預報員鎖定某一次預報結果中需要關注的目標。同時避免了傳統評估算法中逐格點對比所造成的很多缺陷。

2.5 一鍵發布

一鍵發布是對制作完成的預警產品、預報產品以及服務產品提供一鍵式發布功能，目的是提高業務人員的工作效率。一鍵發布包括：打印、網絡傳真、短信、微信、各多媒體終端、網站，實現數據的同步更新。

2.6 平臺接口設計

平臺接口包括內部接口和外部接口。內部接口包括各要素協同接口、天氣現象生成接口，基于精細化格點的產品生成接口等。外部接口包括和國家局LWFD的接口，以及用于外部系統二次開發的接口。

3 結語

2015年初，溫州市氣象局開始精細化預報一體化平臺的研發，現已投入試運行。目前，在全省還沒有建立統一的預報及訂正平臺情況下，溫州市氣象局擬先試點建設溫州地區鄉鎮精細化預報發布及訂正平臺項目，然后再向全省推廣，最終在全省形成統一的精細化預報制作、訂正、發布平臺。平臺的建立，可以大大地減少預報員的工作量、提高工作效率、提高預報時效、提高預報準確率，并能更好地通過網站展示預報產品更好的視覺效果。

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作者單位

溫州市氣象局 浙江省溫州市 325027