雙鴨山市氣象服務產品自動化設計與應用

陳玉鑫?宋宏蕓?呂軍

摘 要：為了能夠更快速、精準地向公眾及政府部門提供氣象服務，采用python和matlab程序設計語言，實現了包括預報預警、實況監測、氣候評價在內的雙鴨山市氣象服務產品自動制作、自動分發的全流程自動化。首先利用selenium庫爬取圖片并實現臨近預報產品自動化、利用tkinter庫設計GUI界面并實現風險預警產品自動化；其次利用docx庫設計實現實況監測產品自動化；再次利用requests庫從天擎氣象大數據云平臺自動下載歷史數據，利用com接口技術設計實現每月、每年氣候評價產品自動化；最后利用PyOfficeRobot庫實現微信文件自動發布、利用smtp庫實現郵箱自動發布。

關鍵詞：氣象服務產品；自動化；程序語言

中圖分類號：P409 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

氣象服務是指氣象部門基于大氣科學的理論與技術，根據社會、經濟、軍事、生態、防災減災等的需要，向社會提供各類工作[1]，是我國氣象事業的立業之本[2-5]。目前，我國氣象服務體系由決策氣象服務、公眾氣象服務、專業專項氣象服務和氣象科技服務構成[6-7]。國內氣象部門通過電視、廣播、傳真、手機短信、手機APP、電子郵件、微信、微博等各種方式，向社會公眾發布氣象信息。而國外氣象服務以商業性為主，使用技術手段發展氣象服務[8-11]。氣象服務工作不僅可以指導人們的出行和社會活動，還對防災減災、應對氣候變化等具有重要作用，因此加快氣象服務的發展節奏，提高氣象服務質量和效率已迫在眉睫[12]。本研究采用python和matlab程序設計語言，實現了包括預報預警、實況監測、氣候評價在內的雙鴨山市氣象服務產品自動制作、自動分發的全流程自動化，助力雙鴨山市氣象服務工作水平全面提高。

1 數據和方法

1.1 數據來源

“天擎”氣象大數據云平臺是由國家氣象信息中心牽頭聯合部分省（區、市）氣象局、國家級直屬單位共同開發的產品，數據資源全面、豐富。主要按時間、站號、要素質控碼以及按時間段、經緯度范圍、要素質控碼從“天擎”平臺檢索地面要素資料。

1.2 實況圖繪制方法

將實況站點數據按四舍五入的方法選擇最近點，最鄰近插值到130.5°～134.5°E，45.5°～47.75°N，分辨率0.05°×0.05°網格上，填色后利用標準邊界文件掩膜，同時將站點數據的散點圖繪制在色斑圖上，保證站點雨量的準確性。

2 預報預警產品自動化

2.1 臨近預報產品自動化

原產品除了文字信息，還需加入最新時刻雷達圖，手動填寫當前時間、下載插入圖片等操作易分散預報員的注意力。現程序調用selenium、docx等python庫，爬取下載中央氣象臺網站單站雷達圖，讀取值班順序表，自動填寫制作時間、制作人員等信息，在指定文件夾中生成word文檔。程序打包后運行，彈出網頁，爬取結束后關閉，預報員按照實際情況更改發布區域即可，從而實現臨近預報產品自動化。

2.2 地質災害風險預警產品自動化

原產品需不定時繪制風險預警圖，并將其發給相關部門，制作時間較長，易與值班人員當前的任務工作產生沖突。現程序調用matplotlib、tkinter、shapefile等python庫，建立GUI界面，讀取指定縣區邊界并填色，輸出圖片到指定文件夾中。程序打包后運行，彈出界面（如圖1），預報員依次輸入預警時間和各縣區風險等級，最后輸出結果（如圖2），從而實現地質災害風險預警產品自動化。

3 實況監測產品自動化

原產品除了氣象站，還需加入水文站、農墾站，不定時增加監測次數，人工更改錯誤站點信息、調整表格樣式等，從制作到發布需消耗40 min左右，占用了預報員大量的工作時間并嚴重影響了氣象服務的效果。現程序調用pandas、numpy、scipy、cnmaps、docx、tkinter等python庫，UI界面先后讀取降水和風速數據，自動在指定文件夾中生成含標題、期數、降水實況、大風實況、服務建議、制作人等內容的word文檔。程序打包后運行，先后彈出兩個對話框，分別選擇雨量和風速數據，無數據時直接關閉對應對話框，自動生成word文檔，從而實現實況監測產品自動化，其中，降水實況圖如圖3所示，程序主要功能如表1所示。

4 氣候評價自動化

原產品需要向市縣兩級觀測站索要數據并輸進Excel表，結合氣溫、降水六級評分制用語及各等級劃分標準判斷各氣象要素指標，過程冗雜且易出現失誤[13]。

現程序首先調用requests、json、openpyxl等python庫，訪問“天擎”門戶網站，自動讀取指定時段雙鴨山各站平均溫度、20：00～20：00降水量、日照時數和最大積雪深度數據并寫入工作簿；然后參照《WMO氣候平均值計算指南》，根據所選月份或年份的氣溫、降水、日照氣候要素與常年平均值進行比較和計算，得到與歷年比和評分用語等結果；最后設計評價材料通用模板，將結果插入模板的固定位置，可視化生成word文檔，從而實現氣候評價材料自動化。其中逐月平均溫度和降水量如圖4、圖5所示，程序主要功能如表2所示。

5 產品發布自動化

5.1 郵箱發布自動化

日常工作中需登錄相關郵箱并上傳附件，發送給群組，偶爾出現發送不及時、忘記發送等情況。程序調用smtplib、email、tkinter等pyhon庫，獲取雙鴨山氣象郵箱授權碼，完善郵箱服務器信息、郵件內容，登錄并可視化選擇文件批量發送到雙鴨山氣象對外服務的指定郵箱，從而實現郵箱發布自動化[14-15]。

5.2 微信發布自動化

日常工作中因微信號所加服務群及好友過多，發送時需依次選擇，偶爾有材料發錯聯系人、漏發聯系人等情況出現。程序調用PyOfficeRobot、tkinter等python庫，使用在當前打開的雙鴨山氣象微信號窗口，尋找窗口句柄的操作方式，可視化選擇文件并依次發送到雙鴨山氣象微信號對外服務指定的微信群，從而實現微信發布自動化[16-17]。

6 結論

本研究實現了包括預報預警、實況監測、氣候評價在內的雙鴨山市氣象服務產品，從制作到發布的全流程自動化，改變了傳統人工查詢、抄錄、計算、判斷、輸入的工作模式。應用后每項產品從制作到發布的所用時間可控制在5 min以內，大幅提高了氣象服務的效率，解決了服務材料發布不及時、漏發、錯發等問題。未來可以通過制作預報質量檢驗的服務產品，解決多站點、多起報時次、多預報時效、多預報評分檢驗難題，也可以進一步增加服務產品類型，涵蓋交通、林業、水文、農業、環境、衛生、旅游等行業，設計更多氣象服務產品并實現自動化，挖掘出更直觀實用的統計信息，在提升公眾氣象服務滿意度的同時，大幅降低氣象服務人員的勞動強度。目前，雙鴨山市氣象服務工作正處在起步探索階段，有待于借鑒更多地市優秀氣象服務案例，加強經驗交流，為今后研發更精細的氣象服務產品打下堅實基礎。

參考文獻

[1] 韓穎，蒲希.中國的氣象服務及其效益評估[J].氣象科學，2010，30（3）：420-426.

[2] 尹修草，厲珍珠，方曉靜.南極平均溫度的聚類分析及預測[J].邵陽學院學報（自然科學版），2017，14（1）：16-22.

[3] 孫健，裴順強.加強公共氣象服務的幾點思考[J].氣象軟科學，2010（3）：7.

[4] 韓佳芮，葉謙，田青.公眾對氣象信息需求的規律與公共氣象服務[J].干旱氣象，2007（2）：82-89.

[5] 劉耀武，雷治平，張永和，等“十五”期間陜西農業氣象服務的思考[J].陜西氣象，2001（5）：40-42.

[6] 毛恒青，姚秀萍，鄭歐，等.氣象服務學科現狀及存在的問題[J].氣象軟科學，2011（2）：112-121.

[7] 鄧玲，朱定真.我國氣象服務理論研究綜述[J].氣象與減災研究，2015，38（2）：1-7.

[8] 矯梅燕.探索公共氣象服務發展的體制機制創新[J].浙江氣象，2009，30（4）：3-6.

[9] 尚媛媛，夏曉玲，唐延婧.公眾對貴州省公共氣象服務的需求分析[J].貴州氣象，2017，41（3）：85-88

[10] 馬秀清.淺談電視天氣預報節目在公共氣象服務中的優勢[J].沙漠與綠洲氣象，2009，3（S1）：27-28.

[11] 鄭東旗，鄭凌琳，李巖.瞄準海西建設需求破解福州氣象服務發展瓶頸[J].貴州氣象，2014，38（2）：62-64.

[12] 徐德智，方慶文，陳紅云，等.縣級公共氣象服務系統建設與應用[J].貴州氣象，2014，38（6）：66-68.

[13] Shi Y Y. Development experiences of some foreign weather channels and development path of China Weather TV[J]. Meteorological monthly， 2009， 35（6）： 100-108.

[14] 楊效業，楊青霖，張詩悅.Python氣象應用編程[M].北京：人民郵電出版社，2023.

[15] 劉大成.Python數據可視化之matplotlib實踐[M].北京：電子工業出版社，2018.

[16] 胡曉東，董辰輝.MATLAB從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2018.

[17] 劉湊華，代刊，林建，等.天氣預報全流程檢驗評估程序庫的設計與實現[J].氣象，2023，49（3）：351-364.