GIS技術(shù)在氣象服務(wù)網(wǎng)站的應(yīng)用

周麗麗 　張悅　李永超　夏葳

摘 要：隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS技術(shù)（地理信息系統(tǒng)）也越來越完善，GIS被運(yùn)用到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域之中，大大促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐。氣象服務(wù)網(wǎng)站與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，因此就需要把GIS技術(shù)應(yīng)用到氣象服務(wù)網(wǎng)站中，深刻認(rèn)識(shí)GIS技術(shù)及其相關(guān)特點(diǎn)，以便更好地把這項(xiàng)技術(shù)在氣象服務(wù)網(wǎng)站中得到更好的運(yùn)用。本文將從GIS技術(shù)在氣象服務(wù)網(wǎng)站建設(shè)工作的具體運(yùn)用的相關(guān)方面來闡述。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；氣象服務(wù)網(wǎng)站；地理空間數(shù)據(jù)庫

Abstract：With the continuous development of electronic information technology，GIS technology（geographic information system）is also more and more perfect， GIS is applied to all areas of social production，greatly promoting the pace of economic construction.The meteorological service website is closely related to our daily life， so we need to apply the GIS technology to the meteorological service web site， and deeply understand the GIS technology and its related characteristics， so as to better use this technology in the meteorological service website.

Key words：GIS technology；meteorological service website；geospatial database

一、GIS技術(shù)已經(jīng)氣象服務(wù)網(wǎng)站概述

（一）GIS技術(shù)概述

GIS技術(shù)（Geographic Information System）也被稱為地理信息系統(tǒng)技術(shù)，就是指以地理科學(xué)為技術(shù)理念核心，以計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)為具體的運(yùn)用工具的一項(xiàng)技術(shù)；通過建立完善的地理空間數(shù)據(jù)庫，以電子信息相關(guān)工具收集、整理、計(jì)算地理空間相關(guān)數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與模擬，從而做到對現(xiàn)實(shí)地理情況的實(shí)時(shí)模擬。GIS系統(tǒng)的基本功能就在于數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

與傳統(tǒng)地圖相比，地理信息系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：首先所承載信息量大，使用方便，地理信息系統(tǒng)在本質(zhì)上是一種計(jì)算機(jī)軟件，能夠承載過去傳統(tǒng)地圖無法想象的信息量。其次，地理信息系統(tǒng)具有多種功能，可以提供查詢檢索、空間分析、修改補(bǔ)充、距離測算等多種功能。最后，地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的空間數(shù)據(jù)變化狀況。目前，GIS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于我國社會(huì)生活的方方面面，例如城市消防、環(huán)境監(jiān)測、資源調(diào)查、城市規(guī)劃、軍事決策等等方面。

（二）氣象服務(wù)網(wǎng)站概述

氣象網(wǎng)站服務(wù)就是指以提供相關(guān)氣象信息為經(jīng)營手段的網(wǎng)站。目前，主要的氣象服務(wù)網(wǎng)站有四大類功能。首先是為供決策為目標(biāo)的決策氣象服務(wù)網(wǎng)站，就是指為國家各級(jí)政府部門的相關(guān)決策提供氣象方面依據(jù)的服務(wù)平臺(tái)。其次是公眾氣象服務(wù)網(wǎng)站，主要是指專門為普通公眾提供與日常生活息息相關(guān)的氣象信息的服務(wù)網(wǎng)站。再則是專業(yè)氣象服務(wù)，就是指為各行各業(yè)的日常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)提供相關(guān)氣象信息的服務(wù)。最后是指科技服務(wù)，就是為專為科研活動(dòng)進(jìn)行而提供的氣息信息服務(wù)。這四種氣象服務(wù)網(wǎng)站的功能在使用中各有側(cè)重，但是都是在完成對相關(guān)氣象信息數(shù)據(jù)的處理上實(shí)現(xiàn)的。目前，在我國氣象服務(wù)網(wǎng)站主要面對的是普通民眾，旨在為人民群眾的生活提供更加方便、準(zhǔn)確、及時(shí)的日常氣象服務(wù)。

二、氣象服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）維度設(shè)計(jì)

網(wǎng)站維度設(shè)計(jì)就是對不同業(yè)務(wù)活動(dòng)的屬性進(jìn)行整理集合，是服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。結(jié)合GIS技術(shù)思想和應(yīng)用，氣象服務(wù)網(wǎng)站的維度設(shè)計(jì)可以從地理分區(qū)、氣象要素、時(shí)間分層和表現(xiàn)方式四個(gè)方面來進(jìn)行，再結(jié)合不同地區(qū)對氣象服務(wù)的要求選擇恰當(dāng)?shù)腉IS分析對象。

在我國目前的氣象地理信息系統(tǒng)建設(shè)和氣象觀測站分布狀況之下，地理分區(qū)可以大致分為中國、區(qū)域（華東、華北、西南、東北等等）、省、州市四個(gè)不同的級(jí)別。GIS氣象要素一般包括降水、氣溫、地溫、濕度等十二個(gè)要素，時(shí)間分層包括年、月、旬、日、小時(shí)五個(gè)等級(jí)。

氣象服務(wù)網(wǎng)站常用維度設(shè)計(jì)常用的表現(xiàn)方式包括表格、動(dòng)畫、一維二維和三維分析圖、列表等等，目前三種維度分析圖的方式最為常用。其中時(shí)間尺度與時(shí)間周期設(shè)計(jì)是一維分析圖的主要關(guān)注點(diǎn)，而地理及氣象要素的圖形分析則是二維分析圖的重點(diǎn)，包括色標(biāo)、背景、等標(biāo)線等等。三維分析圖為了達(dá)到對氣象的綜合分析，提高氣象預(yù)測準(zhǔn)確性和服務(wù)質(zhì)量需要將分析圖與材質(zhì)、高程模型數(shù)據(jù)以及站點(diǎn)標(biāo)注等進(jìn)行緊密的結(jié)合。

（二）系統(tǒng)分層

系統(tǒng)分層是對維度分層的延伸，將理想化的維度設(shè)計(jì)真正體現(xiàn)在網(wǎng)站的軟件系統(tǒng)架構(gòu)之中。一般來說地面氣象GIS服務(wù)系統(tǒng)分為邏輯相互關(guān)聯(lián)的七個(gè)層次，包括數(shù)據(jù)輸入層、GIS加工層、web應(yīng)用層、門戶層、系統(tǒng)控制層、格點(diǎn)場層和客戶端層。進(jìn)行系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)的主要目的是完善不同層次間的分工協(xié)作，保證氣象服務(wù)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，系統(tǒng)收集而來的各氣象要素的相關(guān)數(shù)據(jù)在加工后到格點(diǎn)場集合，之后通過GIS工具——IDV的應(yīng)用將GIS數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的加工成為圖形信息之后可以被數(shù)據(jù)層以及門戶層所使用。氣象服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)的信息獲取時(shí)間周期可以根據(jù)服務(wù)類型的不同進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以操作層的氣象信息共享平臺(tái)為支撐可以對區(qū)域內(nèi)的氣象資料進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)采集，并將其存入數(shù)據(jù)庫之中。離散站點(diǎn)數(shù)據(jù)在格點(diǎn)場層中要經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換中才可以被識(shí)別和應(yīng)用。此外格點(diǎn)場的圖形經(jīng)過GIS層的分析融入DEM、地理便捷等地理信息之后才可以被發(fā)布至web應(yīng)用層。

（三）工作流時(shí)序

科學(xué)合理的時(shí)序設(shè)計(jì)是氣象服務(wù)網(wǎng)站自動(dòng)化運(yùn)行的必要條件。與一般的服務(wù)類型相比，氣象服務(wù)對于規(guī)范性和精確性的要求更高，為了滿足氣象數(shù)據(jù)采集的需求可以對不同的區(qū)域和時(shí)間尺度之間的GIS服務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行掛測。以GIS應(yīng)用為基礎(chǔ)的氣象服務(wù)網(wǎng)站工作流時(shí)序根據(jù)時(shí)間尺度的不同也會(huì)存在差別。以月、旬、日為單位的GIS分析圖一般在每個(gè)時(shí)間段末期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，例如每日的21時(shí)、月末和旬末，日GIS分析圖在22時(shí)格點(diǎn)場計(jì)算完成，10分鐘之后可以在網(wǎng)站提供氣象公眾服務(wù)。以小時(shí)為尺度的GIS分析圖在30分鐘的時(shí)候完成數(shù)據(jù)入庫和初步的統(tǒng)計(jì)、排錯(cuò)、加工處理，GIS分析圖格點(diǎn)場計(jì)算在35分鐘時(shí)完成，10分鐘后可以在網(wǎng)站發(fā)布?xì)庀蠓?wù)相關(guān)訊息。

三、GIS在氣象服務(wù)網(wǎng)站的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

（一）基于GIS技術(shù)的氣象信息數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)

通過利用GIS技術(shù)對地理空間信息數(shù)據(jù)的收集和整理，實(shí)現(xiàn)空間圖形和具體數(shù)據(jù)的結(jié)合，將抽象的氣象信息數(shù)據(jù)表現(xiàn)的更加具體、直觀。在GIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對各方面氣象信息數(shù)據(jù)的分析，從而綜合地對通過多種手段收集到的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面的評(píng)價(jià)。

首先，通過數(shù)據(jù)化的方法，將空間圖形轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)圖像，通過衛(wèi)星遙感、GPS定位和空間掃描等技術(shù)在大氣空間中實(shí)現(xiàn)將實(shí)際具體的空間數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫之中，建立立體的三維矢量圖。

其次，通過GIS技術(shù)將管理區(qū)域分塊網(wǎng)格化。在實(shí)際操作研究中，現(xiàn)實(shí)情況中相關(guān)氣象地理信息往往復(fù)雜多樣，信息量巨大，為了減輕數(shù)據(jù)收集的工作量，降低計(jì)算機(jī)計(jì)算大片區(qū)域的計(jì)算負(fù)擔(dān)，更加準(zhǔn)確地收集、計(jì)算、整理相關(guān)氣象信息，可以先利用 GIS 技術(shù)將所管理區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化。在網(wǎng)格化中的區(qū)域模塊中來進(jìn)行區(qū)域計(jì)算，然后在進(jìn)行整合。

最后，將所有的氣象信息進(jìn)行整理，具象化在GIS系統(tǒng)所建立的三維模擬中，來保證能夠更加直觀的對氣象變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（二）氣象地理信息的查詢

通過對GIS技術(shù)的運(yùn)用，氣象服務(wù)網(wǎng)站可以在氣象信息管理系統(tǒng)中建立起一個(gè)地理空間信息數(shù)據(jù)庫，通過對負(fù)責(zé)區(qū)域氣象地理信息的收集、整理、計(jì)算和整合，將整個(gè)負(fù)責(zé)管理范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)相關(guān)氣象地理信息，包括區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)氣壓、氣溫、空氣濕度、降水量或未來可能降水量等具體的氣象信息，從而建立一個(gè)覆蓋區(qū)域廣大、承載信息完備的氣象地理信息管理系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，氣象服務(wù)網(wǎng)站能夠?yàn)榇蟊娞峁└泳唧w完整的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)在GIS技術(shù)的幫助下，這些抽象的數(shù)據(jù)都能夠通過直觀的圖形表現(xiàn)出來，幫助大眾了解更加準(zhǔn)確的氣象信息。此外，氣象服務(wù)網(wǎng)站還能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)GIS系統(tǒng)所反映出的相關(guān)氣象預(yù)報(bào)，來及時(shí)的向大眾傳達(dá)相關(guān)氣象變化預(yù)警，來保證氣象服務(wù)網(wǎng)站的便民性。在我國，對于氣象地理信息的查詢就是整個(gè)氣象服務(wù)網(wǎng)站進(jìn)行的主要服務(wù)。

（三）三維分析圖技術(shù)處理

氣象服務(wù)系統(tǒng)三維GIS分析圖的處理難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他低維度的分析圖。氣象要素的分析和預(yù)測結(jié)果可以在處理完成的分析圖上完整地展現(xiàn)出來，人們可以直接從圖中觀察到海拔、地形、地勢等對于溫度和降水等氣象要素的影響。地理背景材質(zhì)圖、數(shù)值高程模型數(shù)據(jù)以及氣象要素格點(diǎn)場數(shù)據(jù)的融合和分析需要巨大的工作量，而且對于數(shù)據(jù)處理人員的專業(yè)水準(zhǔn)要求較高。此外由于需要充足的前期技術(shù)準(zhǔn)備，對于計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（中央處理器）等也提出了更高的要求。針對于此可以將復(fù)雜的大工程量工作進(jìn)行簡化和分環(huán)節(jié)處理，對地理分區(qū)的DEM軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，處理憑借為nc文件。如果需要分辨率較高的DEM高程文件則可以在免費(fèi)的USGS GTOP030服務(wù)器上通過下載獲取，降低計(jì)算機(jī)硬件內(nèi)存的占有率。中國的四個(gè)大的區(qū)域塊DEM文件可以通過Netcdf ToolUI工具轉(zhuǎn)換為nc文件后進(jìn)行拼接。為了避免IDV處理中地理背景材質(zhì)圖與氣象要素分析圖的交錯(cuò)混亂，可以增加前者的高程值，定義新的Jython工時(shí)后重新繪制。xidv包文件是三維分析圖繪制的基礎(chǔ)，因而要明確固定的地理標(biāo)注、投影值以及動(dòng)態(tài)變化的色標(biāo)范圍和等值線間隔屬性。

四、總結(jié)

通過對GIS技術(shù)的正確使用，可以幫助我國氣象服務(wù)網(wǎng)站保證工作效率，提高對于相關(guān)氣象地理信息收集、計(jì)算、整理工作的準(zhǔn)確性和便利性。對于氣象服務(wù)網(wǎng)站來說，一方面需要為大眾提供實(shí)時(shí)的氣象信息數(shù)據(jù)，另一方面往往還需要為大眾提供未來一定時(shí)期內(nèi)的氣象變化情況。利用GIS技術(shù)收集、計(jì)算、整理相關(guān)區(qū)域內(nèi)的氣象地理空間數(shù)據(jù)，來建立實(shí)時(shí)變化的氣象地理信息數(shù)據(jù)庫，幫助大眾更好的在氣象服務(wù)網(wǎng)站上實(shí)現(xiàn)對于氣象信息的查詢，保證信息的準(zhǔn)確性得到一定的保障，從而更好的為社會(huì)大眾提供更加及時(shí)、準(zhǔn)確的氣象信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔巍崢.運(yùn)用GIS技術(shù)對河南省禹州市進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警研究.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊[J].2016（09）.

[2] 溫建偉.淺析GIS技術(shù)的氣象信息服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用[J].2016（07）.

[3] 吳煥萍，羅兵，王維國，段延娥.GIS技術(shù)在決策氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2008，03：380-384.

[4] 郭俊龍，張建新.基于GIS技術(shù)的決策服務(wù)系統(tǒng)在省市氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用探討[J].科技與創(chuàng)新，2014，16：148-150.