基于ArcGIS 的酒泉市氣象服務一體化平臺設計與研究

王海燕，于海躍，魯 岳

（甘肅省酒泉市氣象局，甘肅 酒泉 735000）

酒泉市位于甘肅省河西走廊西端的阿爾金山、祁連山與馬鬃山（北山）之間[1-3]，北部少部分與蒙古國接壤，大部與內蒙古自治區阿拉善盟相鄰，西接新疆維吾爾自治區，南接青海省海西蒙古族自治州和海北藏族自治州[4]。東西長約680km，南北寬約550km，總面積19.2 萬km2，占甘肅省面積的42%[5]。其中，西部屬溫帶干旱區，南部祁連山屬高寒帶半干旱半濕潤區。其特點是熱量資源充足，晝夜溫差大，降水量少，蒸發量大，日照時間長，太陽能資源豐富[6-7]。

近年來，國內外學者對于酒泉市氣象服務進行了大量研究，主要涉及服務決策、天氣預報業務、農業氣候服務、人事管理等方面[8-11]。但涵蓋氣象實況監測資料、天氣預報資料，結合公路氣象服務，建立智慧化氣象服務系統，針對酒泉市地理位置和氣候特點的氣象服務研究較少。為加強酒泉市氣象信息化建設工作，提升信息化技術水平，酒泉市氣象局結合了內部實際數據環境、應用現狀和新形勢下的業務需求而提出的具有真正高實用性、高可靠性、易操作性、業務連續性較強的一體化業務處理平臺。解決過去應用中缺乏統一規劃、底層設計不牢靠、應用需求不完整等而導致的應用開發零散拼湊的問題。從智慧化天氣實況監測網建設、精細化氣象預報、智慧化決策服務、區域氣象模擬4 個方面進行研究，以先進、成熟、高效的技術手段為支撐，建成具有規范、穩定、實用、可延續性的綜合業務系統，為酒泉市氣象事業發展提供有力的保障和業務科技支撐。

1 系統設計

1.1 數據組成

本平臺將甘肅省CIMISS 系統為數據源，提取實時資料以及近30 年的歷史資料，在酒泉市進行二次加工處理，同時存入本地數據庫，“數據云”。目前，酒泉市氣象局有68 個區域氣象觀測站，針對災害性天氣建立了預報預警流程，實現了全天候運行的氣象服務體系。結合基礎地理數據（行政邊界、氣象站點和公路鐵路沿線圖），實現了市縣監測、預報、預警服務產品數據發布的功能。具體數據有21 種，分別為：（1）酒泉市3 個國家級自動站基礎觀測數據（小時數據）。（2）酒泉市所有區域站基礎觀測數據（小時數據）。（3）基于自動站、區域站基礎數據（小時數據）需要生成的二級資料數據庫，包括：①常規要素不同時間尺度數數據庫；②常規氣象要素之外農業氣象相關要素不同時間尺度數據庫；③降水量不同時間尺度資料數據庫。（4）自動站、區域站加密數據數據庫。（5）災害性天氣數據庫。（6）指導預報數據庫。（7）數值模式預報及其釋用產品數據庫。（8）本地預報產品數據庫。（9）預報服務產品數據庫。（10）A 文件資料庫。（11）區域站雨量、溫度校正。（12）酒泉市周邊站點降水數據。（13）自動土壤墑情數據庫。（14）人工測墑數據庫。（15）農業氣象觀測數據庫。（16）基于CIMMS 的自動站資料庫。（17）30 年氣候背景資料數據庫。（18）雷達、云圖本地資料庫。（19）精細化預報數據庫。（20）旅游景點數據庫。（21）交通線路數據庫。

1.2 系統結構與流程

此平臺依據甘肅省氣象局信息化精神和要求，搭建了以實況監測、預報預警、農業氣象、旅游氣象、公路預報、格點預報、資料查詢、檢驗評估、短信管理和系統管理10 個模塊的可視化平臺。此平臺凸顯了監測、預報、預警、服務等各個環節，能夠將過去、現在、未來等各個時段的產品有針對性地展示出來，兼顧了預報員的業務工作習慣，同時業務平臺設計新穎、界面友好、布局科學、重點突出，如圖1 所示。

圖1 酒泉市氣象服務一體化平臺結構圖

2 系統研發與功能實現

酒泉市氣象局市縣一體化平臺基于WINDOWS平臺運行，后臺數據庫為SQLSERVER2008，應用中間件框架為netFramework-v3.5，客戶端使用IE 瀏覽器。該系統整合各種天氣預報技術方法，實現逐級指導預報產品制作，產品統一化標準和數據產品共享，發揮逐級指導作用和各級指導預報效果，優化精細化要素預報制作業務，氣象服務一體化平臺首頁如圖2 所示。

圖2 酒泉市氣象服務一體化平臺首頁

2.1 智能化氣象監測與“數據云”的建立

酒泉市氣象服務系統建立氣象綜合基礎數據庫，數據主要針對3 方面的業務監測：（1）精細化預報、城鎮預報以及個人預報報文的收發監控。（2）CIMISS 數據庫和本地數據庫的監測。本地數據庫應用cn_sql_server_2008_r2 為支撐軟件，在本地10 端口的服務器進行數據存儲和備份。（3）氣象數據產品（CIMISS 系統的歷史資料、MICAPS 資料、葵花衛星資料、酒泉市雷達產品、本地開發的降水預報模式產品、酒泉市區域站資料等）的監測。為加強智能化氣象監測，將以上3 方面監測數據進行了高度集成和標準化，建成集氣象觀測、預報預警數據、酒泉市基礎地理信息數據為一體的氣象綜合數據庫，為酒泉市氣象“數據云”的建立提供了基礎數據功能支撐。該系統可實現全酒泉市天氣實況的監測顯示。主要包括雷暴、大風、短強、冰雹、沙塵、寒潮、暴雨、霧等資料。可單一時次或者一段時間以來的聚合監測，提供逐時次的動畫顯示，支持圖標閃爍和聲音提醒等方式。

酒泉市氣象服務系統可顯示酒泉市和嘉峪關市兩個地級市，其中包括肅州區、金塔縣、玉門市、瓜州縣、敦煌市以及肅北蒙古族自治縣[12-15]，共計監測19.5萬km2。同時使用GIS 數據（地理信息地圖、鄉鎮區域界線、地名、交通、人口等共享信息）進行數據和圖形的疊加，實現一個位置（經度、緯度）從1990 年到查詢實時，以及未來一個月的智能數據整合。

2.2 精細化氣象預報研發

將中國氣象局和蘭州中心氣象臺下發的相關指導產品文件以及本地客觀預報方法解析，形成本地數據庫，主要包括CMA、ECMOS、T639MOS、OPS等。同時，對中心臺生成的各種物理量產品下載，諸如形式場、集合預報、概率預報等，形成本地非結構化數據庫。針對這些數據資料，為預報員提供豐富的理論依據，同時又可更直觀的對比各家模式的預報結論，從而達到提高預報服務精準度的目的。

同時格點預報的應用，是中央氣象臺智能網格預報基礎上市縣產品訂正，并將訂正后的格點產品通過服務模板實現對外服務。實現0.5×0.5（km）范圍的預報服務。酒泉市預報業務值班全流程也可在此系統里操作，根據建立的預報流程表，將完成情況進行銷號處理，形成電子留痕，氣象預報員可通過此系統調用發報平臺和MICAPS3.0，實現精細化預報服務，將所有制作的氣象預報產品分發，方便了對各種氣象預報服務產品的歸類存檔。其中指導預報產品的訂正，預報員可自動調入近期評分較高的工具預報，或根據預報員個人喜好，選擇調入相應的工具預報，在此基礎上進行訂正生成。

2.3 智慧化氣象服務應用平臺

預報預警服務系統主要是面向酒泉市氣象臺領導、預報員的業務工作平臺，應提供資料查詢統計、監測報警、各類預報產品調閱顯示、產品制作與發布、檢驗評估等服務功能。該系統的建設，將覆蓋氣象臺主要工作內容，為預報員提供一個能支撐其日常工作的高效工作平臺，從而達到提升工作效率和質量的目的。其中各類預報產品里面的活氣象指數（人體舒適度、服裝指數、城市火險等級、干燥指數、晾曬指數、霉變指數），由程序根據預先設定的片定方法，自動計算等級，配合當日預報產品進行服務。

系統不僅可以對氣象數據進行實時展示，還能對氣象災害性天氣進行自動報警。系統可以根據人為設置監測閾值（大風瞬時風速大于12.4m/s，3h降水累積大于30mm，最高溫度大于35℃），自動識別實時氣象數據，并且實況數據超出監測閾值，系統以WMA 格式發送電腦音響設備，以音樂的形式提示預報員關注。而且系統可實現對外一鍵發布功能，分發途徑包括：網格共享發布、FTP 發布、郵件發布、短信發布、傳真發布（需自動傳真系統支持）、APP 自動推送等，每種產品的發送途徑和范圍可根據實際需要進行動態配置。

2.4 交通沿線天氣模擬

基于GIS/WebGIS 為應用支撐環境，將本地GIS/WebGIS 平臺提供為平面GIS 服務和衛星影像GIS（酒泉市）服務兩種。其中，平面GIS 服務須提供具有鄉鎮界線的矢量數據，同時加入國道、省道、鄉村道路以及鐵路，用以開展基于交通沿線空間服務的業務服務，支持公路和鐵路信息的增、刪、改工作；衛星影像服務用于開展基于地理影像數據的空間應用服務，要求影像數據達到15 級至17 級縮放，精度達2.5m，可清晰地看出所查詢路段地理特征和地理位置。針對鐵路、公路沿線氣象站點的降水量、大風、冰雹、沙塵暴、閃電定位、高溫、霧、霾的監測，提供10min、逐小時分析，對于超過雨量或大風閾值范圍的站點進行報警。

同時將預報服務格點插入，添加沿線隱患點（隱患點類型包括崩塌、泥石流、山洪溝等信息）的配置和管理，可全天候隨時查詢交通沿線天氣預報，實現未來一段時間的天氣形勢預報。配比氣象信息點對應天氣預報，建立影響模型，根據相關模型制作出氣象服務產品。

3 小結

本系統從智能化氣象監測與“數據云”的建立、精細化氣象預報研發、智慧化氣象服務應用平臺和交通沿線天氣模擬4 個方面對酒泉市氣象服務進行了相關研究，建立酒泉市氣象服務系統，目前，該系統已在酒泉市氣象、水務、應急管理等部門的設計中廣泛應用，在近幾年的酒泉市防汛抗旱工作中發揮了舉足輕重的作用，降低自然災害給本地帶來經濟損失。但是該系統是初步嘗試，還有很多值得深入研究的地方，發現數據存在傳輸問題，模式系統需要優化，以及為用戶提供更多的功能選項。針對以上問題，這需要人們在今后的工作中繼續完善，同時期待和有關專家合作，進一步提高酒泉市氣象服務的能力和水平。