GIS技術在氣象服務網(wǎng)站的應用

周麗麗 　張悅　李永超　夏葳

摘 要：隨著電子信息技術的不斷發(fā)展，GIS技術（地理信息系統(tǒng)）也越來越完善，GIS被運用到社會生產(chǎn)的各個領域之中，大大促進了經(jīng)濟建設的步伐。氣象服務網(wǎng)站與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P，因此就需要把GIS技術應用到氣象服務網(wǎng)站中，深刻認識GIS技術及其相關特點，以便更好地把這項技術在氣象服務網(wǎng)站中得到更好的運用。本文將從GIS技術在氣象服務網(wǎng)站建設工作的具體運用的相關方面來闡述。

關鍵詞：GIS技術；氣象服務網(wǎng)站；地理空間數(shù)據(jù)庫

Abstract：With the continuous development of electronic information technology，GIS technology（geographic information system）is also more and more perfect， GIS is applied to all areas of social production，greatly promoting the pace of economic construction.The meteorological service website is closely related to our daily life， so we need to apply the GIS technology to the meteorological service web site， and deeply understand the GIS technology and its related characteristics， so as to better use this technology in the meteorological service website.

Key words：GIS technology；meteorological service website；geospatial database

一、GIS技術已經(jīng)氣象服務網(wǎng)站概述

（一）GIS技術概述

GIS技術（Geographic Information System）也被稱為地理信息系統(tǒng)技術，就是指以地理科學為技術理念核心，以計算機科學、計算機技術、遙感技術和信息科學為具體的運用工具的一項技術；通過建立完善的地理空間數(shù)據(jù)庫，以電子信息相關工具收集、整理、計算地理空間相關數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行整合與模擬，從而做到對現(xiàn)實地理情況的實時模擬。GIS系統(tǒng)的基本功能就在于數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的轉換。

與傳統(tǒng)地圖相比，地理信息系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：首先所承載信息量大，使用方便，地理信息系統(tǒng)在本質(zhì)上是一種計算機軟件，能夠承載過去傳統(tǒng)地圖無法想象的信息量。其次，地理信息系統(tǒng)具有多種功能，可以提供查詢檢索、空間分析、修改補充、距離測算等多種功能。最后，地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)能夠提供實時的空間數(shù)據(jù)變化狀況。目前，GIS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運用于我國社會生活的方方面面，例如城市消防、環(huán)境監(jiān)測、資源調(diào)查、城市規(guī)劃、軍事決策等等方面。

（二）氣象服務網(wǎng)站概述

氣象網(wǎng)站服務就是指以提供相關氣象信息為經(jīng)營手段的網(wǎng)站。目前，主要的氣象服務網(wǎng)站有四大類功能。首先是為供決策為目標的決策氣象服務網(wǎng)站，就是指為國家各級政府部門的相關決策提供氣象方面依據(jù)的服務平臺。其次是公眾氣象服務網(wǎng)站，主要是指專門為普通公眾提供與日常生活息息相關的氣象信息的服務網(wǎng)站。再則是專業(yè)氣象服務，就是指為各行各業(yè)的日常生產(chǎn)經(jīng)營活動提供相關氣象信息的服務。最后是指科技服務，就是為專為科研活動進行而提供的氣息信息服務。這四種氣象服務網(wǎng)站的功能在使用中各有側重，但是都是在完成對相關氣象信息數(shù)據(jù)的處理上實現(xiàn)的。目前，在我國氣象服務網(wǎng)站主要面對的是普通民眾，旨在為人民群眾的生活提供更加方便、準確、及時的日常氣象服務。

二、氣象服務網(wǎng)站系統(tǒng)設計

（一）維度設計

網(wǎng)站維度設計就是對不同業(yè)務活動的屬性進行整理集合，是服務網(wǎng)站系統(tǒng)設計的基礎。結合GIS技術思想和應用，氣象服務網(wǎng)站的維度設計可以從地理分區(qū)、氣象要素、時間分層和表現(xiàn)方式四個方面來進行，再結合不同地區(qū)對氣象服務的要求選擇恰當?shù)腉IS分析對象。

在我國目前的氣象地理信息系統(tǒng)建設和氣象觀測站分布狀況之下，地理分區(qū)可以大致分為中國、區(qū)域（華東、華北、西南、東北等等）、省、州市四個不同的級別。GIS氣象要素一般包括降水、氣溫、地溫、濕度等十二個要素，時間分層包括年、月、旬、日、小時五個等級。

氣象服務網(wǎng)站常用維度設計常用的表現(xiàn)方式包括表格、動畫、一維二維和三維分析圖、列表等等，目前三種維度分析圖的方式最為常用。其中時間尺度與時間周期設計是一維分析圖的主要關注點，而地理及氣象要素的圖形分析則是二維分析圖的重點，包括色標、背景、等標線等等。三維分析圖為了達到對氣象的綜合分析，提高氣象預測準確性和服務質(zhì)量需要將分析圖與材質(zhì)、高程模型數(shù)據(jù)以及站點標注等進行緊密的結合。

（二）系統(tǒng)分層

系統(tǒng)分層是對維度分層的延伸，將理想化的維度設計真正體現(xiàn)在網(wǎng)站的軟件系統(tǒng)架構之中。一般來說地面氣象GIS服務系統(tǒng)分為邏輯相互關聯(lián)的七個層次，包括數(shù)據(jù)輸入層、GIS加工層、web應用層、門戶層、系統(tǒng)控制層、格點場層和客戶端層。進行系統(tǒng)分層設計的主要目的是完善不同層次間的分工協(xié)作，保證氣象服務系統(tǒng)的順利運行，系統(tǒng)收集而來的各氣象要素的相關數(shù)據(jù)在加工后到格點場集合，之后通過GIS工具——IDV的應用將GIS數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)進行融合，在對數(shù)據(jù)進行進一步的加工成為圖形信息之后可以被數(shù)據(jù)層以及門戶層所使用。氣象服務網(wǎng)站系統(tǒng)的信息獲取時間周期可以根據(jù)服務類型的不同進行適當?shù)恼{(diào)整，以操作層的氣象信息共享平臺為支撐可以對區(qū)域內(nèi)的氣象資料進行定時自動采集，并將其存入數(shù)據(jù)庫之中。離散站點數(shù)據(jù)在格點場層中要經(jīng)過處理和轉換中才可以被識別和應用。此外格點場的圖形經(jīng)過GIS層的分析融入DEM、地理便捷等地理信息之后才可以被發(fā)布至web應用層。

（三）工作流時序

科學合理的時序設計是氣象服務網(wǎng)站自動化運行的必要條件。與一般的服務類型相比，氣象服務對于規(guī)范性和精確性的要求更高，為了滿足氣象數(shù)據(jù)采集的需求可以對不同的區(qū)域和時間尺度之間的GIS服務產(chǎn)品進行掛測。以GIS應用為基礎的氣象服務網(wǎng)站工作流時序根據(jù)時間尺度的不同也會存在差別。以月、旬、日為單位的GIS分析圖一般在每個時間段末期進行統(tǒng)計計算，例如每日的21時、月末和旬末，日GIS分析圖在22時格點場計算完成，10分鐘之后可以在網(wǎng)站提供氣象公眾服務。以小時為尺度的GIS分析圖在30分鐘的時候完成數(shù)據(jù)入庫和初步的統(tǒng)計、排錯、加工處理，GIS分析圖格點場計算在35分鐘時完成，10分鐘后可以在網(wǎng)站發(fā)布氣象服務相關訊息。

三、GIS在氣象服務網(wǎng)站的應用技術要點

（一）基于GIS技術的氣象信息數(shù)據(jù)評價

通過利用GIS技術對地理空間信息數(shù)據(jù)的收集和整理，實現(xiàn)空間圖形和具體數(shù)據(jù)的結合，將抽象的氣象信息數(shù)據(jù)表現(xiàn)的更加具體、直觀。在GIS系統(tǒng)中實現(xiàn)對各方面氣象信息數(shù)據(jù)的分析，從而綜合地對通過多種手段收集到的具體數(shù)據(jù)進行多方面的評價。

首先，通過數(shù)據(jù)化的方法，將空間圖形轉化為數(shù)據(jù)圖像，通過衛(wèi)星遙感、GPS定位和空間掃描等技術在大氣空間中實現(xiàn)將實際具體的空間數(shù)據(jù)信息轉化到計算機數(shù)據(jù)庫之中，建立立體的三維矢量圖。

其次，通過GIS技術將管理區(qū)域分塊網(wǎng)格化。在實際操作研究中，現(xiàn)實情況中相關氣象地理信息往往復雜多樣，信息量巨大，為了減輕數(shù)據(jù)收集的工作量，降低計算機計算大片區(qū)域的計算負擔，更加準確地收集、計算、整理相關氣象信息，可以先利用 GIS 技術將所管理區(qū)域進行網(wǎng)格化。在網(wǎng)格化中的區(qū)域模塊中來進行區(qū)域計算，然后在進行整合。

最后，將所有的氣象信息進行整理，具象化在GIS系統(tǒng)所建立的三維模擬中，來保證能夠更加直觀的對氣象變化情況進行評價。

（二）氣象地理信息的查詢

通過對GIS技術的運用，氣象服務網(wǎng)站可以在氣象信息管理系統(tǒng)中建立起一個地理空間信息數(shù)據(jù)庫，通過對負責區(qū)域氣象地理信息的收集、整理、計算和整合，將整個負責管理范圍內(nèi)的實時相關氣象地理信息，包括區(qū)域內(nèi)的實時氣壓、氣溫、空氣濕度、降水量或未來可能降水量等具體的氣象信息，從而建立一個覆蓋區(qū)域廣大、承載信息完備的氣象地理信息管理系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，氣象服務網(wǎng)站能夠為大眾提供更加具體完整的實時氣象數(shù)據(jù)，同時在GIS技術的幫助下，這些抽象的數(shù)據(jù)都能夠通過直觀的圖形表現(xiàn)出來，幫助大眾了解更加準確的氣象信息。此外，氣象服務網(wǎng)站還能夠實現(xiàn)根據(jù)GIS系統(tǒng)所反映出的相關氣象預報，來及時的向大眾傳達相關氣象變化預警，來保證氣象服務網(wǎng)站的便民性。在我國，對于氣象地理信息的查詢就是整個氣象服務網(wǎng)站進行的主要服務。

（三）三維分析圖技術處理

氣象服務系統(tǒng)三維GIS分析圖的處理難度要遠遠高于其他低維度的分析圖。氣象要素的分析和預測結果可以在處理完成的分析圖上完整地展現(xiàn)出來，人們可以直接從圖中觀察到海拔、地形、地勢等對于溫度和降水等氣象要素的影響。地理背景材質(zhì)圖、數(shù)值高程模型數(shù)據(jù)以及氣象要素格點場數(shù)據(jù)的融合和分析需要巨大的工作量，而且對于數(shù)據(jù)處理人員的專業(yè)水準要求較高。此外由于需要充足的前期技術準備，對于計算機的硬件系統(tǒng)（中央處理器）等也提出了更高的要求。針對于此可以將復雜的大工程量工作進行簡化和分環(huán)節(jié)處理，對地理分區(qū)的DEM軟件進行轉化，處理憑借為nc文件。如果需要分辨率較高的DEM高程文件則可以在免費的USGS GTOP030服務器上通過下載獲取，降低計算機硬件內(nèi)存的占有率。中國的四個大的區(qū)域塊DEM文件可以通過Netcdf ToolUI工具轉換為nc文件后進行拼接。為了避免IDV處理中地理背景材質(zhì)圖與氣象要素分析圖的交錯混亂，可以增加前者的高程值，定義新的Jython工時后重新繪制。xidv包文件是三維分析圖繪制的基礎，因而要明確固定的地理標注、投影值以及動態(tài)變化的色標范圍和等值線間隔屬性。

四、總結

通過對GIS技術的正確使用，可以幫助我國氣象服務網(wǎng)站保證工作效率，提高對于相關氣象地理信息收集、計算、整理工作的準確性和便利性。對于氣象服務網(wǎng)站來說，一方面需要為大眾提供實時的氣象信息數(shù)據(jù)，另一方面往往還需要為大眾提供未來一定時期內(nèi)的氣象變化情況。利用GIS技術收集、計算、整理相關區(qū)域內(nèi)的氣象地理空間數(shù)據(jù)，來建立實時變化的氣象地理信息數(shù)據(jù)庫，幫助大眾更好的在氣象服務網(wǎng)站上實現(xiàn)對于氣象信息的查詢，保證信息的準確性得到一定的保障，從而更好的為社會大眾提供更加及時、準確的氣象信息。

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