GIS技術在山西氣象業務中的應用

段濤 郭俊龍

摘要：地理信息系統（GIS）是一門綜合性學科，可以對空間信息進行分析和處理，已經廣泛地應用在不同的領域。本文以山西氣象預報和決策氣象服務領域中GIS的應用為例，對業務中基于GIS技術的應用進行深入討論和分析。介紹了以ArcGIS軟件為基礎，開發自定義工具實現了氣象領域各類格式資料在ArcGIS軟件中的轉換和應用，再運用ArcGIS軟件的空間建模能力，實現氣象要素產品圖自動繪制的思路，說明GIS技術的應用對推動山西氣象業務工作向科技化、專業化發展具有積極意義，也為進一步的開發應用提供參考和借鑒。

關鍵詞：GIS ;氣象;空間建模

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0241-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

地理信息系統（GIS，Geographic Information System）是一門綜合性學科，是在計算機硬、軟件系統支持下，對空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統，可以對空間信息進行分析和處理，已經廣泛地應用在不同的領域。氣象數據本質上也是地理信息，因為氣象中的風速、溫度、氣壓等都是相對于具體的空間域和時間域而言的，沒有地理位置的氣象要素是沒有任何意義的[1]。本文通過GIS技術在山西省氣象預報和決策服務領域中的應用，探討了GIS技術的應用對推動山西氣象業務工作向科技化、專業化發展方面的積極意義，同時相關思路也可為今后的進一步開發和應用提供參考和借鑒。

1 基于GIS技術的模塊開發

目前氣象預報員大多以MICAPS系統為天氣預報業務技術支撐平臺，系統生成的Micaps各類資料不能在ArcGIS軟件中直接調用。ArcGIS Desktop作為一個專業GIS應用軟件，可以為個人用戶也為群體用戶提供GIS的功能。各類Micaps資料如何在ArcGIS Desktop軟件中靈活應用，將直接影響其在氣象業務中廣泛使用，也是急需解決的技術難題。

ArcToolbox 內嵌在 ArcCatalog 和 ArcMap軟件中，具有許多復雜的空間處理功能，在ArcToolbox中開發數據轉換的自定義工具（見圖1），可解決不同資料格式轉換的難題。開發能夠將Micaps各類數據轉換為shp格式的Micaps2shp工具、能夠將txt格式數據轉化為shp格式的GPTxtPoint工具以及能夠直接讀取SQL數據庫數據的ConnectSQLServerDB等工具，解決了ArcGIS軟件在氣象業務中應用受數據格式限制的問題。

2 GIS技術在氣象領域的應用

GIS 有強大的圖形管理、地理模擬和空間分析等功能，基于 GIS 組件技術、面向對象的地理信息系統開發在氣象服務行業中，得到越來越廣泛的應用充分利用[2]。山西氣象業務中，在不同行政區域的電子地圖上，疊加不同氣象站點的氣象要素數據，運用GIS軟件的建模和插值等方法，實現了不同氣象要素的預報和實況產品圖的制作。

2.1 在氣象預報領域的應用

利用ArcMap軟件和開發的工具組件，通過在ArcToolbox中建立模型，可輕松實現預報產品的圖形化直觀顯示。

以山西省氣象臺24小時降水預報和實況對比圖產品為例，在ArcMap軟件的ArcToolbox工具箱中搭建模型（見圖2），采用開發的Micaps2shp工具直接調用預報員做的預報文件和實時實況資料，用反距離權重的插值方法，在山西省地圖上實現了一次降水過程的預報和實況疊加的對比分析圖（見圖3）。

不同時段降水預報、高溫落區預報、災害性天氣落區預報等其他的天氣預報產品圖，均可運用上述方法，利用自主開發的工具讀取所需的各類資料，在ArcToolbox中搭建不同模型，從而實現不同氣象要素天氣預報產品圖的繪制。

2.2 在決策氣象服務領域的應用

決策氣象服務是為各級黨政部門領導和決策部門指揮生產、組織防災減災等進行的氣象保障服務。目前，各級政府越來越關注極端氣候變化所帶來的各種氣象災害，也越來越重視氣象決策服務工作。決策服務材料能夠為政府決策部門提供建議，從而避免工農業生產和人民生命財產的重大損失。

高質量的決策服務材料要言簡意賅，既要有文字描述，還應有一目了然直觀形象的圖形產品說明。目前氣象業務中涉及的資料大體分三類：MICAPS系統生成的各類數據文件、SQL和Oracle數據庫存儲的氣象資料和常規的文本格式txt資料。這些資料均可通過ArcToolbox工具箱中開發的工具直接調用到ArcGIS軟件中，然后利用ArcGIS軟件強大的圖形管理能力生成相應的不同氣象要素產品圖，如等值線圖、不同插值方法的色斑圖等。

以讀取SQL Server 2005數據庫中降水數據為例，在ArcMap軟件的ArcToolbox工具箱中搭建從數據讀取、坐標投影、IDW插值到圖形輸出的完整模型見下圖4：

在ArcToolbox中搭建的模型可生成決策服務產品圖，但必須在ArcMap軟件中編輯，需要業務人員人工操作。實際氣象業務中，通過開發可視化操作界面，實現了與ArcToolbox中模型變量參數相匹配。這樣不需要業務人員在ArcMap軟件中手動操作，極大地提高了工作效率。與ArcToolbox中模型匹配的可視化界面如下圖5：

根據決策氣象服務業務需求，在可視化界面中設置每條工作任務的執行時間、文件存儲路徑、輸出圖形格式等變量參數，不同氣象要素產品圖即可按設置的時間自動完成并輸出到指定目錄。自動生成的JPG格式降水氣象要素產品圖如下圖6：

3 小結

1）本文對ARCGIS軟件在氣象預報和決策服務的應用進行探討，探討了其對提升工作技術和效率的積極意義。

2）GIS技術對空間中的不同氣象站點數據的統計分析和圖形顯示輸出，增強了決策服務的時效性，提升了山西決策氣象服務能力。

3）通過開發數據轉換工具和可視化操作界面，增強了GIS軟件的靈活性，在今后的氣象業務領域將會得到越來越廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 李江南. GIS在氣象數據處理中的應用[J].廣東氣象，2002（4）：14-15.

[2] 陸曉靜，郭善云，王建英，等. GIS在寧夏決策氣象服務產品中的應用研究[J].干旱氣象，2012，30（2）：283-286.

【通聯編輯：唐一東】