GIS技術在氣象服務網(wǎng)站的應用

高珂歆 孫建強

摘 要：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的氣象變化情況。

關鍵詞：GIS；氣象服務；應用

1 GIS技術已經(jīng)氣象服務網(wǎng)站概述

1.1GIS技術概述

GIS技術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，GlS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、資源調查、城市規(guī)劃、軍事決策等等方面。

1.2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。

2 氣象服務網(wǎng)站系統(tǒng)設計

2.1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、縣市四個不同的級別。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量需要將分析圖與材質、高程模型數(shù)據(jù)以及站點標注等進行緊密的結合。

2.2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{整，以操作層的氣象信息共享平臺為支撐可以對區(qū)域內的氣象資料進行定時自動采集，并將其存人數(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。

3.3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、旬末和月末，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。

3.4含權地理邊界預剪裁

在插值的同時也完成圖形剪裁，達到提升GIS工具生產(chǎn)效率的目的，含權地理邊界預剪裁在其中起到?jīng)Q定性的作用。在含權地理邊界預剪裁Barnes插值方案中，首先使用計算機圖形學中數(shù)值微分法和種子填充法得出地理邊界剪裁矩陣，然后與Barnes插值權值三維矩陣按位點積，形成含權地理邊界預剪裁常量矩陣，用于日后的格點插值分析。由于在業(yè)務格點插值過程中，該方案省略了權值計算中的指數(shù)部分、省略了地理邊界之外的插值運算，不僅可以改善圖形分析品質，而且去除了GIS出圖過程中的圖形剪裁步驟，成倍縮短圖形分析產(chǎn)品所花費的時間。

結語

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)站與我們日常生活息息相關，因此就需要把GIS技術應用到氣象服務網(wǎng)站中，深刻認識GS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。

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