十四運會一體化氣象預報預警平臺設計與實現

摘 "要：重大體育賽事受氣象因素影響較大，及時準確的氣象分析和預報對保障體育賽事安全順利進行尤為重要。為滿足火炬傳遞、開閉幕式、重點場所和賽事場館及比賽項目的氣象保障服務需求，該文設計和實現十四運會一體化氣象預報預警平臺。針對體育賽事氣象保障服務定時、定點、定量和高頻次的特點，采用瀏覽器/服務器架構設計，實現從臨近監測，網格實況到短時、中短和延伸期網格預報產品的一體化查詢顯示、協同訂正和制作發布及客觀檢驗。

關鍵詞：十四運會；預報預警；氣象保障服務；氣象分析；氣象預報

中圖分類號：P49 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2025）10-0118-04

Abstract： Major sports events are greatly affected by meteorological factors， and timely and accurate meteorological analysis and forecasts are particularly important to ensure the safe and smooth conduct of sports events. In order to meet the meteorological support service needs of the torch relay， opening and closing ceremonies， key venues， event venues and competition events， an integrated meteorological forecasting and early warning platform for the 14th National Games was designed and implemented. In view of the timing， fixed-point， quantitative and high-frequency characteristics of meteorological support services for sports events， the browser/server architecture design is adopted to realize the integration of grid forecasting products from proximity monitoring and grid reality to short-term， medium-short and extended period grid forecasting products， as well asquery display， collaborative revision， production release and objective inspection.

Keywords： 14th National Games; forecast and early warning; meteorological support services; meteorological analysis; meteorological forecast

第十四屆全運會（以下簡稱“十四運會”）、全國第十一屆殘運會暨第八屆特奧會（以下簡稱“殘特奧會”）賽會期間，國際國內友人齊聚陜西，保障十四運會開幕和閉幕式成功舉辦，對于提高陜西知名度和影響力意義非凡。同時，氣象條件是十四運會成功舉辦的關鍵因素之一，做好各項比賽氣象保障工作有效減少因天氣原因造成的損失，助力運動員創造佳績。

目前，已有預報預警技術方法和相關產品主要服務于公眾氣象和氣象防災減災，在支撐十四運會重大活動及精細賽事服務閾值判別、特殊賽事預報要素等方面仍顯不足。陜西省氣象臺以“提供精細監測、精準預報、精確預警的氣象保障，做到賽事高影響天氣監測不漏網、預報不失誤、預警無盲區、服務無疏漏”為目標，依托秦智-陜西智能網格氣象預報系統（以下簡稱“秦智系統”）提供的框架支持，借鑒第十三屆全運會預報預警系統和第七屆世界軍人運動會業務系統的建設經驗，成功搭建了B/S架構的十四運會一體化氣象預報預警平臺。平臺在十四運會氣象臺、陜西各市區氣象局及承擔火炬傳遞或比賽項目的縣區氣象局進行了業務部署，實際運行穩定滿足業務實時應用要求，為陜西各級預報員提供了面向十四運會和殘特奧會的預報預警服務工作的技術支撐。

1 "平臺設計思路

以陜西氣象臺業務中使用的秦智系統和陜西省氣象科學研究所的“陜西省區域數值模式系統”為基礎來建立十四運會一體化氣象預報預警平臺，主要應用機器學習、大數據、“互聯網+”和智能化等現代信息技術，搭建基于統一數據環境和計算資源的綜合業務發展平臺，構建0～45 d覆蓋陜西全省的精細化預報系統，為十四運會賽事場館關鍵點天氣預報預警及重大天氣保障服務提供技術支撐。

1.1 "一體化平臺架構

平臺基于B/S結構，采用氣象WebGIS應用框架作為平臺展現框架，采用開源的分布式Cassandra作為氣象數據的主要存儲系統、分布式HDFS作為文件存儲系統，開發語言主要采用Java、JavaScript和Python等程序設計語言，數據服務以WebServices技術為支撐，利用JSON技術進行數據標準化輸出。從總體結構上來說，在運行維護體系和安全保障體系的支撐下，自底向上可分為5個層次：支撐層為平臺提供安全保障、網絡聯通、服務運行和數據存儲等方面的支持；數據資源層對氣象數據和賽事數據進行采集、分析、存儲和管理，提供對外數據通信接口等，并匯集加工平臺生成的產品資源；應用支撐層為各系統提供公共基礎模塊組件的支撐，包括消息中間件技術、數據接口、分發引擎、日志組件、智能訂正組件、WebOffice組件和消息總線等等；業務應用層包括各個系統功能模塊；用戶層是系統的服務目標，對省市氣象局的業務用戶，十四運會相關的決策用戶和公眾用戶，以及系統管理員等人員提供各類信息服務。

1.2 "平臺的主要功能

十四運會一體化氣象預報預警平臺是集實況監測、預報預警預測等產品技術研發、加工與顯示、精細化氣象預報預警產品快速制作等功能于一體的智能化綜合業務平臺，實現了如下主要功能：

1）場館天氣快速查詢：平臺首頁顯示各地市場館天氣，包括十四運會和殘特奧會比賽室內場館和戶外場地。

2）實況信息綜合顯示和監控：陜西省已建成監測網站數據、十四運會和殘特奧會氣象保障工程新建設監測網站數據（包括沙溫、水體浮標、暑熱儀、雙偏振雷達、L波段風廓線雷達、智能天氣現象儀和微波輻射計等等），以及衛星數據和實況融合降水數據等，實現各類實況氣象數據的綜合監控和統計查詢。

3）短時臨近預報產品訂正和發布模塊：應用機器學習模型實現全省雷達外推預報，通過雷達數據解析實現陜西雷暴大風、冰雹智能識別產品。基于分類強對流客觀預報模型的解析應用，實現短時分類強對流客觀預報產品的實時更新顯示。

4）網格預報交互編輯和訂正：具有常用的編輯工具（單點、區域、權重等），還提供數據表形式的直接修改和曲線形式的拖動訂正。基于現代天氣預報業務流程、最新的客觀與主觀要素訂正技術和智能解析技術，建立具有智能化的預報產品訂正和預報加工制作系統。

5）網格預報產品展示和查詢：可制定任意點或任意線的精細化預報服務產品。以可視化的界面進行網格點、離散點、等值線、填充等值線和單站圖表等顯示，可保存文本、圖片或圖表；通過自定義格點/站點等行政區域，將發布后的網格預報通過規則轉為滿足需求的預報和預警等預報圖文產品，并將所有客觀預報結果推送入0～45 d預報庫，為服務端做產品和技術支撐。

6）高影響天氣自動告警：針對重大賽事的高影響天氣預報預警閾值、判別標準和發布機制；將預警閾值、判別標準集成到十四運會一體化氣象預報預警系統中，實現了對實況數據和預報產品的自動監測和報警提醒功能；若出現超出閾值的告警，系統根據后臺配置的模版提供預警服務產品一鍵式發布。

7）基于模版的產品自動生成：后臺自動提取最新網格預報數據，包括特種氣象要素（沙溫、水溫和暑熱壓力等），根據提前配置的自定義產品模版，一鍵式形成各種文字和表格形式的預報產品，實現多場館專題預報一鍵生成、一鍵發布。模塊包括定時專題制作（設定具體時間段）和臨時專題制作2類。提供賽事、場館和關鍵點的各類氣象要素預報產品，以滿足十四運會和殘特奧會賽事服務需求。

8）客觀產品預報檢驗：主要實現對精細化站點預報、網格預報、落區預報、短時預報和各種模式產品等主客觀預報的240 h時效內氣象要素（降水、溫度和風）定量化、標準化和自動化檢驗評估。針對不同模式數據產品進行格點和站點檢驗。為預報員提供模式檢驗的客觀評估結果，便于預報員判斷各類預報產品的預報效果，為精細化預報服務提供基礎產品。

2 "平臺解決的關鍵技術

2.1 "網格預報編輯和訂正

網格預報的編輯和訂正功能是智能網格預報的核心，具體實現主要包括以下四方面。

1）圖層控制：在地圖上疊加數據進行顯示，支持站點、站名、場館點、場館名、填色、網格值、風向桿、市界、市名、區界、區名和地圖的顯示和隱藏；對站點或關鍵點的預報時序圖上疊加多個數據進行合理顯示，支持界面的多圖顯示。

2）要素訂正：支持對站點、格點和關鍵點在預報時效內的降水、天氣現象、溫度、高溫、低溫、風場、能見度、總云量、濕度和降水相態等常規氣象要素預報的訂正，訂正完成后可保存至數據庫中。通過智能化訂正工具箱、要素關聯及協同一致、時空約束、主客觀融合訂正和編輯工具等，可同時實現對多個格點、場館或區域的要素預報進行訂正。

3）要素協同：各氣象要素協調一致，依照網格預報的協同算法。包括要素之間的協同、同要素不同時間段內的協同、云量和天氣現象等要素的生成規則及動態的格點/站點轉化規則等等。

4）站點與格點之間相互協同：站點修改后，通過反距離加權法插值到周邊格點的值；格點修改后，通過雙線性插值到站點值。

圖1為要素協同結構樹，虛線表示協同的流向即協同按照該順序進行，執行至每個節點時會調用相應的算法進行數據協同，直至完成。為方便調用，平臺內置部分常用的協同結構樹，如1 h降水量累加至3、6、12和24 h降水量的樹，當需要進行降水量的累加時，只需將該樹加入相應的節點即可。當根要素數據發生改變時，觸發整棵樹的協同，協同方向為從上到下，從左到右。

2.2 "高影響天氣自動報警

基于網格預報及高影響天氣對體育賽事影響的閾值指標提供賽事、場館和關鍵點的各類氣象要素監控預警和產品發布功能，以滿足十四運會和殘特奧會賽事高精度、時效性的保障服務需求。基于不同時段不同賽事的具體要求，設置可動態調整的高影響天氣氣象要素閾值，對網格實況產品和十四運會網格預報產品及短時網格預報產品等數據庫實時監測，實現高影響天氣的自動監測和報警功能，通過列表顯示報警類型、報警場館、報警時間和報警數值，并具備一鍵生成客觀化服務產品的功能。

針對短時強降水或暴雨預警，模塊通過將降水實況的站點數據與短臨外推融合產品數據相結合，依據預警綜合閾值設置模塊對不同時段范圍內的暴雨預警閾值進行設置，通過設置有效時段和降水不同級別的閾值，當一定比例的自動站數據達到閾值，在頁面的預報預警模塊進行顯示。針對高溫、大風、低能見度等要素預警，主要根據要素預報的網格數據和短臨外推融合產品數據，依據預警綜合閾值設置模塊對未來要素預警閾值進行設置。通過設置有效時段和各要素不同級別的閾值，當一定比例的自動站數據達到閾值，在頁面的預報預警模塊進行顯示。

2.3 "特種氣象要素預報

以網格預報模塊定時輸出的高時空分辨率格點指導產品為基礎，采用統計學和天氣學分析相結合技術，利用氣象站歷史觀測資料和十四運會場館氣象站點1～2年觀測資料，開展特種氣象要素的預報技術研究。

1）沙溫預報：針對渭南大荔縣沙灘排球項目，應用賽事區域內自動站和沙溫監測儀7—9月觀測資料及國家基本氣象站日照數據，分析夏季沙溫的變化規律，重點分析不同天氣條件對沙溫的影響，在沙溫實況與日照時數、氣溫、降水量等常規氣象要素之間建立統計關系，統計觀測時段沙溫變化規律，具體包括沙溫日均值變化、晴天沙溫日變化規律、雨天沙溫日變化規律，計算沙溫與氣溫相關系數，在對其進行回歸分析的基礎上，建立沙溫的預報方法，滿足大荔沙灘排球氣象需求。

2）暑熱壓力指數計算：針對西咸新區馬術比賽，采用氣象算法處理，應用暑熱壓力監測儀觀測數據，具體包括黑球溫度、氣溫、濕度、風速、氣壓和輻散6個氣象要素，研發實時暑熱壓力指數，滿足在西咸新區馬術比賽場氣象需求。

3）水溫、水上2 m風向風速預報：水溫預報根據水體浮標儀數據和氣象自動站氣溫要素，采用交叉相關分析法分析水溫與日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫之間的相關關系，應用逐步回歸法篩選出與水溫預報關系密切的氣溫要素，并建立水溫與氣溫要素之間的關系模型。水上2 m風預報基于省氣象科研所的“陜西省區域數值模式系統”利用資料同化方法將自動氣象站、浮標站、邊界層風塔和風廓線雷達等風資料同化進快速更新模式，建立一個水上項目風場精細化預報系統，并且設計輸入相關水表面的風速和風向要素。此外，充分考慮大尺度環流形式對賽區內未來3 h的天氣情況及各個氣象要素（特別是風速、風向）的影響，并做出定點、定時、定量的預報結果。

2.4 "場館服務產品自動生成

基于模版的自動文檔生成技術設計采用Struts+Spring+MyBatis的框架，將復雜專業的多維氣象數據轉換為淺顯的自然語言，各類分析接口以配置服務的模式進行封裝，可靈活配置、增減。

1）產品智能轉換引擎：通過模板和相關規則實現智能網格預報、災害性天氣落區預報、天氣實況（包括降水、溫度等）等氣象服務的文本自動分析和生成，實現預報預警產品自動智能轉換。

2）閾值分析判斷：對高影響天氣的氣象條件閾值進行自動分析與判斷，為制作任意閾值落區預報產品做技術支持；基于閾值分析判斷，可設置落區預報產品自動預生成，當監測要素達到閾值時，啟動產品生成，自動生成預報產品初稿提供給預報員進行審核及二次訂正。

3）文字自動分析：通過氣象語言特征分析，通過建立針對賽事氣象服務、場館氣象服務和重大活動氣象保障的產品模板，實現報表的自動生成；根據地理信息疊加分析影響區域，在此基礎上進行氣象變量分析、時空推理分析、趨勢分析，最后生成氣象服務產品。實現基于模板通過精細化要素預報數據自動生成匯報文檔的技術。

3 "結束語

十四運會一體化氣象預報預警平臺在十四運會和殘特奧會氣象保障服務中發揮了重要的作用，形成了可借鑒、可推廣的預報服務方式和產品研發經驗。

1）十四運會一體化氣象預報預警平臺以數值預報為基礎，融合大數據應用，實現了多源信息共享和上下協同訂正。投入運行后大幅提升了氣象預報服務的業務集約和服務協同水平。同時，有效減少了業務人員的工作量、提高了工作效率。

2）借助十四運會一體化氣象預報預警系統的建設，推動了短時、臨近和中短期預報關鍵技術和相關高影響天氣產品的研發。同時十四運會順利閉幕后，系統的核心模塊和開發經驗將通過改造和升級并入現有的智能網格預報系統，有力地支撐常規預報預警業務，持續發揮作用。

參考文獻：

[1] 蔡新玲，李瑜，李茜，等.1961—2016年陜西秋淋氣候變化特征及其與大氣環流和海溫的關系[J].干旱氣象，2019，37（2）：226-232.

[2] 鄭然，劉嘉慧敏，馬振峰.夏季西太平洋暖池熱含量對華西秋雨的影響及可能的物理機制[J].氣象學報，2018，76（5）：714-725.

[3] 潘留杰，張宏芳，袁媛，等.基于T639細網格模式的陜西省秋淋天氣預報效果評估[J].氣象與環境學報，2015，31（6）：9-17.