安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉遠(yuǎn)永，弓中強，朱佳寧，安晶晶，趙青松

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安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉遠(yuǎn)永，弓中強，朱佳寧，安晶晶，趙青松

（安徽省氣象臺，安徽 合肥 230031）

強對流天氣短時臨近預(yù)報業(yè)務(wù)是國家防災(zāi)減災(zāi)、重大社會活動和精細(xì)化天氣預(yù)報的迫切需要。為提高氣象災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警能力，更好地為政府部門和公眾服務(wù)，采用B/S結(jié)構(gòu)模式及WebGIS技術(shù)研發(fā)了安徽省市縣短時臨近監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)是面向?qū)崟r監(jiān)測和分析、短臨預(yù)報、預(yù)警制作等功能為一體的業(yè)務(wù)平臺，實現(xiàn)了災(zāi)害性天氣的0-12小時短時、0-2小時臨近預(yù)報和預(yù)警的制作發(fā)布等業(yè)務(wù)功能。目前，系統(tǒng)已業(yè)務(wù)應(yīng)用一年，在短時臨近預(yù)報預(yù)警工作中發(fā)揮了重要的支撐作用。

短時臨近預(yù)報；監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)；實時資料；消息中間件；WebGIS

0 引言

一般來說，短時預(yù)報是指0-12小時天氣過程、氣象要素的預(yù)報；臨近預(yù)報是0-2小時的天氣預(yù)報，包括災(zāi)害性天氣、氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。短時臨近天氣預(yù)報的主要工作有天氣監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報、檢驗、會商和聯(lián)防等，重點是針對短時強降水、冰雹、雷電、雷暴大風(fēng)、龍卷等強對流天氣及時開展監(jiān)測預(yù)警預(yù)報。

暴雨洪澇、強對流和干旱是我國的主要氣象災(zāi)害。近年來極端氣候發(fā)生的頻率不斷上升，特別是強對流天氣，常常導(dǎo)致重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。強對流天氣短時臨近預(yù)報業(yè)務(wù)是國家防災(zāi)減災(zāi)、重大社會活動和精細(xì)化天氣預(yù)報的迫切需要[1-3]。

短時臨近天氣預(yù)報具有準(zhǔn)確、及時、快速的特點，在氣象災(zāi)害防御中具有特殊位置。強對流天氣監(jiān)測、分析和機理研究是強對流天氣短時臨近預(yù) 報[4-8]的重要基礎(chǔ)，因此氣象防災(zāi)減災(zāi)需求對災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警能力也提出了更高的要求。實際業(yè)務(wù)工作中，預(yù)報員綜合分析各種探測資料和短時預(yù)警的各種客觀產(chǎn)品，認(rèn)真分析客觀預(yù)報與主觀預(yù)報的最佳結(jié)合點，采用經(jīng)驗識別和外推，仍然是目前開展強對流天氣的臨近預(yù)警業(yè)務(wù)的主要途徑[9-13]。因此，國內(nèi)外氣象工作者一直在廣泛開展針對短時臨近災(zāi)害性天氣預(yù)警系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，如中國氣象局的SWAN、澳大利亞氣象局的SETPS系統(tǒng)、香港天文臺的SWIRLS系統(tǒng)和NCAR的臨近預(yù)報系統(tǒng) 等[14-20]。安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)就在這種情況下應(yīng)運而生。

安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)融合了多種探測資料與方法，突出短時臨近天氣的監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警，是集“實況監(jiān)測、災(zāi)害性天氣報警、短臨產(chǎn)品制作發(fā)布、預(yù)警制作發(fā)布”等為一體的綜合業(yè)務(wù)平臺。本文主要介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能模塊以及系統(tǒng)在短時臨近天氣預(yù)報業(yè)務(wù)工作中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)功能模塊介紹

安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要用于實況資料分析及精細(xì)化預(yù)報預(yù)警制作，包括綜合報警、預(yù)警監(jiān)控、實況監(jiān)測、短臨產(chǎn)品制作、預(yù)警制作、系統(tǒng)設(shè)置等6個部分。預(yù)警技術(shù)支撐體系融合自動站、雷達(dá)、衛(wèi)星、閃電、危險天氣、精細(xì)化格點預(yù)報數(shù)據(jù)，形成站點預(yù)警和區(qū)域預(yù)警產(chǎn)品，并通過多種手段提醒值班人員。

（1）基本功能

基本要求：地理信息、多渠道產(chǎn)品發(fā)布功能、可定制報警策略、預(yù)報預(yù)測服務(wù)產(chǎn)品的自動提示功能、全省用戶統(tǒng)一存儲管理、分級用戶管理、業(yè)務(wù)流程管理、注冊流程、登錄管理、用戶瀏覽、幫助文檔、自動升級功能等。

任務(wù)列表：任務(wù)管理、任務(wù)操作、臨時任務(wù)、時間定制。

共性功能：歷史數(shù)據(jù)查詢，包括歷史災(zāi)害性天氣查詢、氣候數(shù)據(jù)查詢、歷史預(yù)報預(yù)測服務(wù)產(chǎn)品查詢、分區(qū)域查詢功能；災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警，包括監(jiān)視預(yù)警范圍設(shè)置、氣象要素報警、區(qū)域達(dá)到預(yù)警信號標(biāo)準(zhǔn)提示、雷達(dá)產(chǎn)品顯示、云圖、閃電定位數(shù)據(jù)顯示、災(zāi)害性天氣實況顯示、風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品的顯示、SWAN產(chǎn)品顯示、常用micaps格式產(chǎn)品顯示、監(jiān)視模式與歷史數(shù)據(jù)查詢模式、圖層管理功能；值班日志，包括編輯、保存、瀏覽；預(yù)報服務(wù)監(jiān)控，包括記錄預(yù)報員的操作、服務(wù)記錄、業(yè)務(wù)監(jiān)控、系統(tǒng)記錄查看。

（2）基于WebGIS平臺，對全省自動站數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確、迅速的處理，實現(xiàn)查詢統(tǒng)計和數(shù)據(jù)可視化，實現(xiàn)包含自動站、閃電、危險天氣、衛(wèi)星云圖、天氣雷達(dá)等多種實況數(shù)據(jù)疊加的實況監(jiān)測。

（3）根據(jù)短時臨近預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)定的本地區(qū)警界線范圍，通過站點報警閾值設(shè)置，實現(xiàn)站點報警提醒和查詢。

（4）通過地圖和列表展現(xiàn)形式，實現(xiàn)預(yù)警信號的查看和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

（5）通過圖文交互編輯形式，實現(xiàn)智能化的預(yù)警信號和短臨預(yù)報產(chǎn)品的制作與發(fā)布。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 消息中間件的選擇

消息中間件（message oriented middleware）[21-22]是指支持與保障分布式應(yīng)用程序之間同步/異步收發(fā)消息的中間件。消息中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用系統(tǒng)借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通 訊[23]。消息中間件為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了公用的通信手段，并且獨立于網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)。適用于異構(gòu)平臺，支持分布式計算，它能實現(xiàn)應(yīng)用間的信息交互。由于隱藏了各種硬件、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編程語言和通信協(xié)議等方面的異構(gòu)性，將復(fù)雜的協(xié)議處理、多線程、內(nèi)存分配、數(shù)據(jù)持久化等問題與應(yīng)用程序隔離開來，為應(yīng)用程序的開發(fā)提供簡單而標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)環(huán)境，減少了應(yīng)用的復(fù)雜性，有助于將開發(fā)重點集中在業(yè)務(wù)邏輯上。消息中間件已廣泛應(yīng)用于各類分布式應(yīng)用系統(tǒng)中[24-28]。

目前，市面上常見的發(fā)布/訂閱模型消息中間件有：Kafka、ActiveMQ、OpenJMS和RabbitMQ等，它們各有優(yōu)缺點。國內(nèi)各氣象部門在應(yīng)用消息中間件傳遞數(shù)據(jù)方面做了很多研究，例如：應(yīng)用ActiveMQ技術(shù)縮短了預(yù)警信號發(fā)布時耗[21]，基于RabbitMQ消息中間件和元數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)了多種氣象觀測資料的采集、傳輸、入庫和備份的統(tǒng)一處理[29-30]。中國氣象局正在建設(shè)的公眾服務(wù)云中采用的是ActiveMQ中間件，為了保證與其的技術(shù)路線一致，系統(tǒng)設(shè)計也采用該中間件框架。

ActiveMQ是消息中間件的一個跨平臺實現(xiàn)。ActiveMQ是一個基于Apache2.0協(xié)議開源的高性能JMS實現(xiàn)產(chǎn)品，也是一個經(jīng)驗證成熟而又功能豐富的最佳開源消息服務(wù)（JMS）引擎[30]。ActiveMQ有3個重要特性：

（1）支持異步通信，可以有效避免應(yīng)用進程阻塞造成的響應(yīng)延遲，從而顯著提升系統(tǒng)速度。

（2）支持消息的持久性（Persistence），消息的完整性得到保障。

（3）支持多種編程語言，使得在集成不同語言編寫行業(yè)應(yīng)用時，通過ActiveMQ發(fā)送和接受消息成為可能。

2.2 消息總線技術(shù)

氣象信息的采集、加工和發(fā)布是氣象業(yè)務(wù)的重要內(nèi)容，是支撐災(zāi)害防御、氣象科研和服務(wù)領(lǐng)域拓展的基礎(chǔ)性工作。一方面隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的逐步推進，新的探測手段、預(yù)報產(chǎn)品和發(fā)布渠道不斷推陳出新，對業(yè)務(wù)流程中數(shù)據(jù)流動效率提出了更高的要求。另一方面隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，獨立部署的各種氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)建立了彼此間的聯(lián)系，業(yè)務(wù)環(huán)境從傳統(tǒng)的集中式變成了分布式［31］。氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)中遇到了數(shù)據(jù)流動效率、異構(gòu)系統(tǒng)解耦和分布式通信等問題，為了解決這些問題，以需求為牽引結(jié)合業(yè)務(wù)實際，兼顧性能、安全性、穩(wěn)定性等方面的要求，構(gòu)建了基于消息中間件（MOM）的氣象信息總線[32]。

（1）消息總線（圖1）是一種通訊工具，可以在機器之間互相傳輸消息、文件等[33-34]。

（2）消息總線是軟件意義上的總線架構(gòu)，它為集成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間提供一個信息處理的中間環(huán)節(jié)，它從提供者處接收所需的信息，傳輸給所需的信息消費者。

圖1 消息總線模型

（3）消息總線是一種靈活的異步消息通信機制，它與通常的分布式訪問技術(shù)有著更好的松耦合性和適應(yīng)性[35]。消息總線的優(yōu)點在于，將各種狀態(tài)數(shù)據(jù)信息格式化，有利于統(tǒng)一接口和管理，并具有良好的擴展性；各組件均可通過消息總線通信，增強了通信的靈活性[36]。使用消息總線技術(shù)，各平臺、各模塊間將大大降低耦合度，使整個系統(tǒng)可做到插件式開發(fā)，并可在不同機器間進行任務(wù)協(xié)調(diào)。

2.3 數(shù)據(jù)庫平臺的選擇

在氣象領(lǐng)域經(jīng)常采用到的大型數(shù)據(jù)庫有Oracle數(shù)據(jù)庫[37]以及SqlServer數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理能力對于整個平臺的穩(wěn)定性至關(guān)重要?？紤]到Oracle數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理能力明顯強于后者，并且它可以部署于Linux操作系統(tǒng)上，為保證將來可能的數(shù)據(jù)平臺遷移需求，設(shè)計平臺采用Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2.4 WebGIS平臺的選擇

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是用于獲取、儲存、查詢、綜合、處理、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)及與之相關(guān)信息的計算機信息系統(tǒng)。為滿足人們對地理信息日益增長的需求，基于Internet發(fā)布地理信息數(shù)據(jù)，供用戶查詢、檢索并提供GIS服務(wù)的WebGIS，逐漸成為地理信息系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一[38]。

WebGIS是同時支持PC瀏覽器和移動端Web的GIS引擎。具備簡便、高性能和可用性好的設(shè)計框架，在主要桌面應(yīng)用和移動平臺能高效運作，在現(xiàn)代瀏覽器上利用HTML5、AJAX和CSS3的優(yōu)勢，同時也支持舊的瀏覽器訪問，支持插件擴展。該框架除了實現(xiàn)常規(guī)WebGIS引擎基本功能外，還封裝了在氣象領(lǐng)域使用到的格點場疊加功能。WebGIS已成功運用于多個氣象數(shù)據(jù)展現(xiàn)平臺上[39-44]。

目前WebGIS應(yīng)用中主要有3種結(jié)構(gòu)模式：集中模式，C/S結(jié)構(gòu)模式和B/S結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)是一種多層結(jié)構(gòu)，是擴展了的C/S結(jié)構(gòu)。在基于B/S模式的GIS中，用戶從瀏覽器端向服務(wù)器提交服務(wù)請求，服務(wù)器將處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)返回給瀏覽器。后臺應(yīng)用的開發(fā)獨立于用戶的前臺應(yīng)用環(huán)境，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的跨平臺性，也便于用戶群的擴展和變化。其用戶界面具有友好性和一致性，易于操作。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，B/S模式跨平臺的優(yōu)勢使其得到廣泛應(yīng)用[38]。

短臨監(jiān)測預(yù)警平臺選用了B/S模式的WebGIS技術(shù)，免去安裝升級客戶端的繁瑣操作，并且數(shù)據(jù)產(chǎn)品合成，各氣象要素的協(xié)同也在服務(wù)器端進行，對本地計算機的性能要求非常小。

3 總體架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于WebGIS平臺，對全省自動站數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確、迅速的處理，實現(xiàn)查詢統(tǒng)計和數(shù)據(jù)可視化，實現(xiàn)包含自動站、閃電、危險天氣、衛(wèi)星云圖、天氣雷達(dá)等多種實況數(shù)據(jù)疊加的實況監(jiān)測。

歷史數(shù)據(jù)查詢、災(zāi)害天氣監(jiān)測預(yù)警、服務(wù)產(chǎn)品制作、預(yù)警信號等采用B/S架構(gòu)。其中歷史數(shù)據(jù)查詢?yōu)暮μ鞖獗O(jiān)測預(yù)警主要是以WebGIS的方式顯示各種疊加的氣象產(chǎn)品，以及圖表方式顯示各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)。服務(wù)產(chǎn)品制作、預(yù)警信號、等模塊主要以格點站點預(yù)報制作后的數(shù)據(jù)為支撐，通過WEBOFFICE和動態(tài)可交互的圖形生成引擎對圖片、文字預(yù)報產(chǎn)品進行制作。設(shè)計采用現(xiàn)在流行的Java框架：Struts+Spring+MyBatis。Spring框架采用分層架構(gòu)，集成了J2EE開發(fā)應(yīng)用的框架，其核心是控制反轉(zhuǎn)（IOC）和面向切面（AOP）。Struts框架具有組件的模塊化，靈活性和重用性的優(yōu)點，同時簡化了基于MVC的Web應(yīng)用程序的開發(fā)，同時可以清晰地區(qū)分控制，事務(wù)邏輯和外觀。MyBatis 是優(yōu)秀的數(shù)據(jù)持久層框架，支持普通SQL查詢，存儲過程和高級映射。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計主要模塊

3.2.1 數(shù)據(jù)管理平臺組成

（1）基礎(chǔ)層，即硬件層，包括存儲設(shè)備、安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備等各類硬件設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的組織、存儲、生產(chǎn)、處理、管理、配置、監(jiān)控等。

（3）應(yīng)用服務(wù)層，負(fù)責(zé)對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）應(yīng)用層，包括Web類系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、其它各類應(yīng)用及顯示系統(tǒng)、其它第三方系統(tǒng)。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集平臺組成

數(shù)據(jù)采集平臺（圖2）是一個實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其核心任務(wù)是完成氣象資料的實時收集與轉(zhuǎn)換，其是數(shù)據(jù)處理的第一步。由于氣象資料具有數(shù)據(jù)量大、突發(fā)性高等特點，決定了數(shù)據(jù)采集平臺必須具有高時效性、低延遲性等特點。

圖2 數(shù)據(jù)采集平臺層次結(jié)構(gòu)

3.2.3 數(shù)據(jù)存儲平臺

數(shù)據(jù)存儲平臺（圖3）負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)與存儲方式，并提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取接口，對其它平臺起到支撐與規(guī)范的作用。數(shù)據(jù)存儲采用Hbase數(shù)據(jù)庫、Oracle數(shù)據(jù)庫、Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、HDFS分布式文件系統(tǒng)、Linux文件系統(tǒng)等方式協(xié)作進行，根據(jù)數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)類型的不同特點，分別采用不同的存儲方式進行。

圖3 數(shù)據(jù)存儲平臺結(jié)構(gòu)

3.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析平臺

（1）數(shù)據(jù)解析：數(shù)據(jù)解析是實現(xiàn)對氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的解碼，并生成相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。解析的數(shù)據(jù)源主要來自數(shù)據(jù)采集平臺所采集到的原始數(shù)據(jù)。

（2）質(zhì)量控制：根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)范、一定規(guī)則、算法，對異常數(shù)據(jù)進行標(biāo)記（質(zhì)控碼）、剔除、修正等操作，并進行相應(yīng)的質(zhì)控日志記錄，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與真實性。

（3）數(shù)據(jù)融合：對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行相應(yīng)的融合，并形成再加工的二次產(chǎn)品，方便提供應(yīng)用。

（4）系統(tǒng)監(jiān)視：對數(shù)據(jù)計算與分析平臺的運行狀態(tài)、運行結(jié)果、處理過程、臨時文件庫進行監(jiān)視。

4 系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)功能與應(yīng)用

安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在業(yè)務(wù)值班中的應(yīng)用主要有以下四個方面：

4.1 預(yù)警監(jiān)控

4.1.1 預(yù)警展示

在GIS地圖界面，默認(rèn)顯示安徽省地理信息地圖和當(dāng)前發(fā)布的預(yù)警信號填色（圖4 （a））。

地圖放大至一定級別，分級顯示全省預(yù)警信號圖標(biāo)（圖4（b）），點擊預(yù)警信號圖標(biāo)支持查看詳細(xì)預(yù)警信息內(nèi)容。地圖縮小到一定等級，預(yù)警信號圖標(biāo)轉(zhuǎn)為填色顯示（如果出現(xiàn)兩個不同等級的預(yù)警信號，以高級別的顏色填充）。

圖4 災(zāi)害性天氣預(yù)警信號（a）界面；（b）分級顯示；（c）列表

市縣發(fā)布的預(yù)警信號以圖標(biāo)和填色形式在地圖界面展示，省臺發(fā)布的預(yù)警信號圖標(biāo)在界面右上角展示。地圖左側(cè)掛著所有正在預(yù)警的預(yù)警信號圖標(biāo)，同類型的展示高級別即可。

4.1.2 預(yù)警列表

列表顯示預(yù)警信號圖標(biāo)、發(fā)布單位、預(yù)警類型、發(fā)布時間和解除倒計時（圖4（c）），點擊列表個例，地圖自動定位至發(fā)布區(qū)域，點擊預(yù)警信號圖標(biāo)可查看詳細(xì)預(yù)警信息內(nèi)容。

4.1.3 預(yù)警統(tǒng)計

根據(jù)當(dāng)前發(fā)布的所有預(yù)警信號，按照預(yù)警類型、等級分類顯示統(tǒng)計個數(shù)（圖4（a））。

4.1.4 歷史查詢

根據(jù)地區(qū)、災(zāi)種、狀態(tài)和時間段對預(yù)警信號歷史發(fā)布情況進行查詢，左側(cè)以列表方式顯示歷史查詢結(jié)果。

地區(qū)可根據(jù)省市級和市縣級進行選擇；災(zāi)種包括全部、雷雨大風(fēng)、雷電、暴雨、大風(fēng)、大霧、霾、冰雹、高溫、寒潮、臺風(fēng)、暴雪、霜凍、道路結(jié)冰、干旱、沙塵暴等類型；時間段為任意起止時間的選擇；狀態(tài)包括全部、新發(fā)布、變更、確認(rèn)、解除。

根據(jù)查詢條件列表顯示預(yù)警信號歷史發(fā)布結(jié)果，包括預(yù)警信號圖標(biāo)、預(yù)警信號名稱、預(yù)警狀態(tài)（發(fā)布、變更、確認(rèn)、解除）、發(fā)布時間和發(fā)布單位、發(fā)布用戶信息，可查看個例的預(yù)警信號內(nèi)容。

4.2 實況監(jiān)測

展示地區(qū)所有實況數(shù)據(jù)，包含閃電、自動站、危險天氣、云圖、雷達(dá)等。

4.2.1 自動站

基于WebGIS地圖，顯示地區(qū)的站點實況數(shù)據(jù)，支持歷史數(shù)據(jù)快速查詢和任意時間段的查詢統(tǒng)計，支持列表方式查看站點數(shù)據(jù)。支持疊加展示市、縣界。

自動站信息包括國家站、區(qū)域站、周邊站、水文局站點、站點、站名。

4.2.1.1 快速查詢

自動站的實況和歷史數(shù)據(jù)快速查詢，時間選擇可精確到分鐘，要素包括降水、風(fēng)、溫度、能見度、氣壓、濕度等（圖5）。

通過設(shè)置各要素的閾值范圍，站點觀測值超出或小于閾值，地圖上觀測值顏色標(biāo)紅。

通過質(zhì)控列表勾選站點，加入質(zhì)控列表的站點值不參與色斑圖的繪制。

4.2.1.2 要素演變

雙擊地圖上的站點，可查看該站點的詳細(xì)信息，包括要素演變過程和站點的實況信息。

（1）要素演變

通過選擇時間段和要素，查看該時段內(nèi)要素的過去4小時（10分鐘數(shù)據(jù)）、過去24小時（小時數(shù)據(jù)）、過去12小時+未來12小時（小時數(shù)據(jù)）演變過程時序圖（圖6）。時間段選擇可精確到小時，要素包括降水、溫度、風(fēng)、濕度和能見度，支持單要素和多要素選擇。

（2）實況數(shù)據(jù)

根據(jù)選擇的時間段，以文字形式顯示時間段內(nèi)最新數(shù)據(jù)的實況信息，包括實時氣溫、風(fēng)向風(fēng)速、近1小時降水、當(dāng)前濕度、能見度和海平面氣壓數(shù)據(jù)。

4.2.2 閃電定位

基于WebGIS平臺，疊加當(dāng)前過去1小時的閃電定位數(shù)據(jù)，出現(xiàn)閃電的位置疊加閃電標(biāo)志。閃電標(biāo)志分為正閃和負(fù)閃，正閃采用紅色“+”標(biāo)示，負(fù)閃采用藍(lán)色“-”標(biāo)示。

圖5 自動站的實況和歷史數(shù)據(jù)快速查詢（a）降水；（b）風(fēng)；（c）溫度；（d）能見度；（e）氣壓；（f）相對濕度

圖6 氣象要素演變圖

4.2.3 危險天氣

基于WebGIS平臺，疊加近3小時內(nèi)危險天氣發(fā)生的位置，并通過圖標(biāo)標(biāo)識危險天氣的類型，點擊圖標(biāo)顯示具體的危險天氣內(nèi)容。

4.2.4 衛(wèi)星云圖

基于WEBGIS平臺，疊加紅外云圖產(chǎn)品，默認(rèn)顯示當(dāng)前最新云圖數(shù)據(jù)，支持最近的20張云圖數(shù)據(jù)選擇和動畫播放。

4.2.5 天氣雷達(dá)

基于WEBGIS平臺疊加雷達(dá)SWAN產(chǎn)品。默認(rèn)顯示當(dāng)前最新雷達(dá)圖片，產(chǎn)品6分鐘更新，支持最新的20張雷達(dá)圖和雷達(dá)外推圖片的顯示播放。

雷達(dá)類型有組合反射率、垂直液態(tài)水含量、回波頂高、三維拼圖，支持雷達(dá)圖例進行回波過濾顯示。其中，三維拼圖支持高度過濾和雷達(dá)剖面查看（圖7）。

圖7 雷達(dá)產(chǎn)品

4.3 短臨產(chǎn)品制作

4.3.1 落區(qū)繪制

基于WEBGIS平臺，通過新建短臨產(chǎn)品，選擇短臨預(yù)警類型和時效，通過工具進行災(zāi)害落區(qū)的 編輯。

短臨產(chǎn)品類型包括短時預(yù)報、臨近預(yù)報、預(yù)警指導(dǎo)。

短臨預(yù)警類型包括雷暴大風(fēng)或冰雹、短時強降水和雷暴等。

落區(qū)繪制工具包括落區(qū)選擇、單點調(diào)整、清除、撤銷、恢復(fù)。

4.3.2 短時預(yù)報制作（圖8（a））

生成的歷史記錄標(biāo)題規(guī)則為：yyyy年mm月dd日hh時短時預(yù)報，一個單位每天三個時段分別僅能制作產(chǎn)品，時段內(nèi)多次制作的為同一份產(chǎn)品，在新建時如果這個時間段的產(chǎn)品已經(jīng)生成則調(diào)出之前的產(chǎn)品進行修改，如果原先沒有制作產(chǎn)品就新建產(chǎn)品。在三個時間段外提示不允許制作。

4.3.3 臨近預(yù)報制作（圖8（b））

標(biāo)題生成規(guī)則同短時預(yù)報，每小時內(nèi)只能制作一個產(chǎn)品，產(chǎn)品保存成功后提示5分鐘內(nèi)可以修改當(dāng)前產(chǎn)品。如果5分鐘內(nèi)對之前的產(chǎn)品做修改，后標(biāo)題保持不變。修改后不再重新延時5分鐘。新建時如果當(dāng)前小時5分鐘內(nèi)有制作過產(chǎn)品則調(diào)入原來的制作產(chǎn)品進行修改，如果制作時間超過5分鐘則提示“每小時僅能制作一份預(yù)報產(chǎn)品，請下一個時段再來制作產(chǎn)品?！?；如果當(dāng)前小時沒有制作過產(chǎn)品按正常制作流程制作。

圖8 短時預(yù)報產(chǎn)品（a）0-6小時短時預(yù)報；（b）0-2小時臨近預(yù)報

4.4 預(yù)警制作

災(zāi)害性天氣預(yù)警信號的制作和發(fā)布是短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的重要部分，是短時臨近業(yè)務(wù)值班工作的核心任務(wù)（圖9）。

圖9 預(yù)警信號內(nèi)容編輯

4.4.1 落區(qū)繪制

通過新建預(yù)警信號，選擇預(yù)警信號種類和預(yù)警等級，通過工具進行災(zāi)害落區(qū)的編輯。

預(yù)警類型包括雷雨大風(fēng)、雷電、暴雨、大風(fēng)、大霧、霾、冰雹、高溫、寒潮、臺風(fēng)、暴雪、霜凍、道路結(jié)冰、干旱、沙塵暴等。

預(yù)警等級根據(jù)不同類型支持紅、橙、黃、藍(lán) 選擇。

落區(qū)繪制工具包括落區(qū)選擇、單點調(diào)整、落區(qū)刪除、撤銷、恢復(fù)、全部清除、漫游地圖。

4.4.2 內(nèi)容編輯

通過文字編輯區(qū)對預(yù)警信號的內(nèi)容進行生成和人工訂正，具體字段如下：

（1）標(biāo)題：自動顯示發(fā)布單位和預(yù)警信號類型和等級；

（2）發(fā)布時間：自動生成發(fā)布時間；

（3）發(fā)布單位：自動生成發(fā)布單位；

（4）編號：自動生成編號并提示上一期編號；

（5）預(yù)報員：默認(rèn)預(yù)報員為登錄用戶；

（6）簽發(fā)人：支持快速選擇簽發(fā)人名稱；

（7）內(nèi)容：導(dǎo)入選區(qū)自動生成相應(yīng)的市/縣/鎮(zhèn)信息；

（8）防御指南（自動生成）。

4.4.3 預(yù)警發(fā)布

制作后的預(yù)警信號通過保存操作將文件下載到本地，并可在預(yù)警中列表進行查看，已保存未發(fā)布的預(yù)警信號右鍵可進行刪除操作。

支持預(yù)警信號發(fā)布，通過發(fā)布引擎將預(yù)警信號分發(fā)至指定的路徑中。

支持預(yù)警信號查看和操作，選中預(yù)警中列表已發(fā)布的預(yù)警信號可進行預(yù)警信號變更、確認(rèn)和解除操作。

同類型的預(yù)警信號未解除前，不可新建該類型預(yù)警信號。

5 結(jié)論與討論

（1）安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)基于WebGIS平臺，建立了集天氣要素監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作、產(chǎn)品服務(wù)分發(fā)為一體的省市縣三級統(tǒng)一的集約化業(yè)務(wù)平臺。預(yù)報員能夠準(zhǔn)確、迅速地對全省自動站數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)查詢統(tǒng)計和數(shù)據(jù)可視化，實現(xiàn)包含自動站、閃電、危險天氣、衛(wèi)星云圖、天氣雷達(dá)等多種實況數(shù)據(jù)疊加的實況監(jiān)測，使海量氣象數(shù)據(jù)和預(yù)報分析產(chǎn)品得以廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮了這些數(shù)據(jù)應(yīng)有的作用。

（2）預(yù)報員通過平臺的實況監(jiān)測與進一步分析，準(zhǔn)確地判斷出未來幾小時內(nèi)可能發(fā)生的災(zāi)害性天氣，使用平臺制作和發(fā)布短時、臨近預(yù)報，及時有效的完成業(yè)務(wù)值班工作。

（3）通過對短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，全省各級預(yù)報員能快速制作氣象災(zāi)害預(yù)警信號和防御指南，為安徽省各級政府決策指揮部門的應(yīng)急氣象服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)決策和科學(xué)指揮調(diào)度提供了參考依據(jù)。

（4）系統(tǒng)將短臨工作中的主要業(yè)務(wù)集中在一個平臺內(nèi)，有利于預(yù)報員快速、準(zhǔn)確、高效的進行工作。相比舊的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和流程，效率更高效，流程更規(guī)范。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在安徽省省市縣各級氣象部門穩(wěn)定運行一年，在短時臨近天氣預(yù)警、預(yù)報和服務(wù)中取得了較好的支撐效果。

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Design and Application of Short-term Proximity Monitoring and Warning System of Anhui

LIU Yuan-yong, GONG Zhong-qiang, ZHU Jia-ning, AN Jing-jing, ZHAO Qing-song

(Anhui Meteorological Observatory, Hefei 230031, China)

The short-term forecasting and nowcasting of severe convective weather is to meet the demands of national preventing and mitigating disasters, major social activities, and fine weather service. In order to improve the monitoring and warning capabilities of meteorological disasters, and serve the government departments and the public better, the short-term proximity monitoring and warning system of Anhui was developedusing the B/S structure model and WebGIS technology. The system is a business platform for real-time monitoring and analysis, short-term forecasting, early warning production and other functions. It realizes the business functions of 0-12 hours short-term, 0-2 hour nowcasting and warning production for severe weather. At present, this system has been in service for a year and has played an important supporting role in short-term forecasting and warning.

Short-term forecasting and nowcasting; Monitoring and warning system; Real-time data; Message middleware; WebGIS

TP315

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.045

劉遠(yuǎn)永(1983-)，男，工程師，主要研究方向：中短期天氣預(yù)報工作；弓中強(1981-)，男，工程師，主要研究方向：中短期天氣預(yù)報技術(shù)；朱佳寧(1982-)，男，工程師，主要研究方向：中短期天氣預(yù)報技術(shù)及軟件開發(fā)；安晶晶(1986-)，男，工程師，主要研究方向：氣象資料處理；趙青松(1974-)，男，高級工程師，主要研究方向：應(yīng)用氣象與氣象服務(wù)技術(shù)研發(fā)

劉遠(yuǎn)永，弓中強，朱佳寧，等. 安徽省市縣短臨監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 軟件，2018，39（10）：229-237