舟山精細化風場數值預報產品在WebGIS 中的應用＊

張驍，孫楠，劉壯峰，李駿，王錚清，虞佳維

（舟山市氣象局，浙江舟山 316000）

WebGⅠS（網絡地理信息系統）是指基于網絡平臺，客戶端應用軟件采用網絡協議，運行在網絡上的地理信息系統，即將GⅠS 所能提供的功能通過網絡展現給用戶[1]。WebGⅠS 有利于信息共享，并易于實現數據分布式管理[2]。

隨著現代天氣業務體系不斷完善，氣象產品的精細化程度明顯提高[3]。數值預報具有越來越重要的地位，對預報的準確度也提出了更高的要求。精細化格點預報是指天氣預報時間上能夠精確到小時甚至分鐘級，空間上能夠定位到縣、鄉鎮、村、災害點，數量上能夠細化到某一個具體數值[4]。近年來，國內不少學者對基于WebGⅠS 在氣象領域的應用做了大量的研究分析：李建偉等[5]基于WebGⅠS 技術，對海洋氣象服務所需的數據資源和預報業務流程進行了充分融合，實現不同功能區用戶對信息的疊加分析；李顯風等[6]為滿足氣象業務及氣象服務對實況網格產品的服務需求，在實時收集和處理各種實況網格產品基礎上，構建了基于WebGⅠS 的實況網格產品應用分析平臺；王偉等[7]基于WebGⅠS 技術對集歷史雨量、面雨量預報、水位徑流預報、預報評估、專業服務文稿以及臺風、雷達、衛星等多功能于一體的水庫氣象服務平臺進行了設計與實現；張驍等[8]基于WebGⅠS 和信息數據可視化技術，構建了一個涵蓋地圖顯示和基本操作、實況氣象要素信息實時顯示監測功能的WebGⅠS 系統；任芳等[9]研究了各類氣象數據在WebGⅠS 地圖上的疊加顯示，設計陜西省氣象服務中心專業用戶氣象信息服務網站系統。舟山精細化10 m 風場資料在業務應用中主要通過中國氣象局開發的基于C/S 架構的Micaps4 進行分析研究，存在顯示過于密集、操作繁復等問題，這不能滿足預報員通過多途徑便捷高效開展預報業務工作的需要。舟山精細化風場數值預報產品顯示系統針對舟山氣象服務信息化建設實際業務需求，基于WebGⅠS方式和采用B/S 架構，利用信息數據可視化技術將精細化預報格點風矢量資料分色斑圖、流線圖、風桿圖實時顯示于地理信息系統中。

1 資料介紹

本系統所用資料主要是浙江省氣象科學研究所提供的舟山地區Micaps第11類格點矢量10 m風場資料，數據網格大小為450×450，因網格數據過于密集，在繪制風桿圖產品時對數據進行抽稀，抽稀后網格為300×300。風場產品資料數據格式如圖1 所示。其中，第一行為Micaps 資料類別、產品名稱，第二行分別為產品年、月、日、時、分、秒、經緯度網格格距、起止經緯度、經緯向格點數。空數據記為9 999.000 000。數據先放U（水平）分量，數據按先緯向后經向排列，放完U 分量再放置V（垂直）分量。

圖1 風場產品資料數據格式

2 系統結構設計

該系統整體架構如圖2 所示，分為3 層架構。3層架構將整個業務應用劃分為前端應用層、后端邏輯層、數據層。區分層次的目的是“高內聚、低耦合”[10]。

圖2 系統設計架構

前端應用層是系統用戶直接操作的客戶端頁面，該層精細化預報產品能夠正確、及時地顯示于地理新信息系統。后端邏輯層中通過編寫Python 腳本定時同步最新時次整點精細化網格數據文件，并在生成最新時次預報產品后刪除過往時次數據，解析網格資料繪制色斑圖、流線圖、風桿圖產品。數據層是系統基礎數據環境，包括精細化網格資料數據、浙江省氣象局內網地圖資源等。

3 系統功能實現

針對舟山氣象服務信息化建設的實際業務需求，每小時同步浙江氣科所舟山地區精細化風場資料到本地Web 服務器，定時刪除本地Web 服務器原產品資料和數據，利用精細化風場資料繪制3 類風場預報產品。加載浙江省氣象局內網地圖系統，可通過點擊圖標切換矢量圖、地形圖、衛星圖作為地圖地圖。運用WebGⅠS方式將精細化預報格點資料產品正確高效、分時、分類地顯示在地理信息系統上。通過點擊時間控件切換未來12 h 各整點預報產品，通過點擊勾選不同產品要素，按實際需求于地理信息系統上展示，切換如圖3（色斑圖）、圖4（流線圖）、圖5（風桿圖）這3 種不同時次的精細化預報要素網格資料產品。

圖3 系統功能效果色斑圖

圖4 系統功能效果流線圖

圖5 系統功能效果風桿圖

4 系統開發主要技術

本系統以浙江省氣象局內網地圖為基礎，考慮使用B/S 方式，主要基于B/S 具有操作使用方便、維護管理方便等特點。前端布局使用Bootstrap 前端開源框架，開發響應式布局、兼顧移動設備的Web 項目。使用OpenLayers 3 地圖框架，OpenLayers 是一個開源的項目，其設計之意是為互聯網客戶端提供強大的地圖展示功能，包括地圖數據顯示與相關操作，并具有靈活的擴展機制。后端使用Asp.NET 體系框架，通過Ajax技術實現前端和后端數據交互，服務器當前最新時次產品列表結果將以Json 格式返回前端。第三方JS 資源涉及jQuery、Bootstrap 等。通過配置xml（可擴展標記語言）配置圖例顯示、產品種類、抽稀密度、投影方式、投影范圍等繪圖參數，調用Python 庫包繪制精細化產品。編寫Python 后臺程序定時同步最新時次精細化風場產品資料至系統服務器，刪除上一時次數據和產品，若最新時次產品未生成，則仍顯示上一時次產品。

5 小結

系統主要特色是將本地精細化數值預報產品應用于地理信息系統，豐富氣象產品資料可視化，為氣象預報人員提供便捷多樣化產品服務。精細化預報網格資料產品分時、分類并按照實際需要快速顯示于地理新信息系統，便于氣象預報人員分析與研究。針對舟山氣象服務信息化建設的實際業務需求，基于WebGⅠS方式和信息數據可視化技術將精細化預報格點風矢量資料分色斑圖、流線圖、風桿圖實時顯示于地理信息系統中，顯示未來12 h 整點精細化風場預報產品。系統后期資料產品將擴展至解析舟山市氣象臺、舟山市港航氣象臺預報研究團隊的最新研究成果，如海霧、大風、暴雨等本地精細化數值模式產品。舟山精細化風場數值預報產品顯示系統對精細化預報模式產品本地化釋用和預報業務人員進行天氣研判具有重要意義，為精細化定量化本地天氣預報、災害性天氣預報預警、氣象防災減災等提供了關鍵便捷的技術支撐。