GIS技術(shù)在山西氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

段濤 郭俊龍

摘要：地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門綜合性學(xué)科，可以對空間信息進行分析和處理，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。本文以山西氣象預(yù)報和決策氣象服務(wù)領(lǐng)域中GIS的應(yīng)用為例，對業(yè)務(wù)中基于GIS技術(shù)的應(yīng)用進行深入討論和分析。介紹了以ArcGIS軟件為基礎(chǔ)，開發(fā)自定義工具實現(xiàn)了氣象領(lǐng)域各類格式資料在ArcGIS軟件中的轉(zhuǎn)換和應(yīng)用，再運用ArcGIS軟件的空間建模能力，實現(xiàn)氣象要素產(chǎn)品圖自動繪制的思路，說明GIS技術(shù)的應(yīng)用對推動山西氣象業(yè)務(wù)工作向科技化、專業(yè)化發(fā)展具有積極意義，也為進一步的開發(fā)應(yīng)用提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：GIS ;氣象;空間建模

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0241-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）是一門綜合性學(xué)科，是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，可以對空間信息進行分析和處理，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。氣象數(shù)據(jù)本質(zhì)上也是地理信息，因為氣象中的風速、溫度、氣壓等都是相對于具體的空間域和時間域而言的，沒有地理位置的氣象要素是沒有任何意義的[1]。本文通過GIS技術(shù)在山西省氣象預(yù)報和決策服務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，探討了GIS技術(shù)的應(yīng)用對推動山西氣象業(yè)務(wù)工作向科技化、專業(yè)化發(fā)展方面的積極意義，同時相關(guān)思路也可為今后的進一步開發(fā)和應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 基于GIS技術(shù)的模塊開發(fā)

目前氣象預(yù)報員大多以MICAPS系統(tǒng)為天氣預(yù)報業(yè)務(wù)技術(shù)支撐平臺，系統(tǒng)生成的Micaps各類資料不能在ArcGIS軟件中直接調(diào)用。ArcGIS Desktop作為一個專業(yè)GIS應(yīng)用軟件，可以為個人用戶也為群體用戶提供GIS的功能。各類Micaps資料如何在ArcGIS Desktop軟件中靈活應(yīng)用，將直接影響其在氣象業(yè)務(wù)中廣泛使用，也是急需解決的技術(shù)難題。

ArcToolbox 內(nèi)嵌在 ArcCatalog 和 ArcMap軟件中，具有許多復(fù)雜的空間處理功能，在ArcToolbox中開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的自定義工具（見圖1），可解決不同資料格式轉(zhuǎn)換的難題。開發(fā)能夠?qū)icaps各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為shp格式的Micaps2shp工具、能夠?qū)xt格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為shp格式的GPTxtPoint工具以及能夠直接讀取SQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的ConnectSQLServerDB等工具，解決了ArcGIS軟件在氣象業(yè)務(wù)中應(yīng)用受數(shù)據(jù)格式限制的問題。

2 GIS技術(shù)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用

GIS 有強大的圖形管理、地理模擬和空間分析等功能，基于 GIS 組件技術(shù)、面向?qū)ο蟮牡乩硇畔⑾到y(tǒng)開發(fā)在氣象服務(wù)行業(yè)中，得到越來越廣泛的應(yīng)用充分利用[2]。山西氣象業(yè)務(wù)中，在不同行政區(qū)域的電子地圖上，疊加不同氣象站點的氣象要素數(shù)據(jù)，運用GIS軟件的建模和插值等方法，實現(xiàn)了不同氣象要素的預(yù)報和實況產(chǎn)品圖的制作。

2.1 在氣象預(yù)報領(lǐng)域的應(yīng)用

利用ArcMap軟件和開發(fā)的工具組件，通過在ArcToolbox中建立模型，可輕松實現(xiàn)預(yù)報產(chǎn)品的圖形化直觀顯示。

以山西省氣象臺24小時降水預(yù)報和實況對比圖產(chǎn)品為例，在ArcMap軟件的ArcToolbox工具箱中搭建模型（見圖2），采用開發(fā)的Micaps2shp工具直接調(diào)用預(yù)報員做的預(yù)報文件和實時實況資料，用反距離權(quán)重的插值方法，在山西省地圖上實現(xiàn)了一次降水過程的預(yù)報和實況疊加的對比分析圖（見圖3）。

不同時段降水預(yù)報、高溫落區(qū)預(yù)報、災(zāi)害性天氣落區(qū)預(yù)報等其他的天氣預(yù)報產(chǎn)品圖，均可運用上述方法，利用自主開發(fā)的工具讀取所需的各類資料，在ArcToolbox中搭建不同模型，從而實現(xiàn)不同氣象要素天氣預(yù)報產(chǎn)品圖的繪制。

2.2 在決策氣象服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用

決策氣象服務(wù)是為各級黨政部門領(lǐng)導(dǎo)和決策部門指揮生產(chǎn)、組織防災(zāi)減災(zāi)等進行的氣象保障服務(wù)。目前，各級政府越來越關(guān)注極端氣候變化所帶來的各種氣象災(zāi)害，也越來越重視氣象決策服務(wù)工作。決策服務(wù)材料能夠為政府決策部門提供建議，從而避免工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)的重大損失。

高質(zhì)量的決策服務(wù)材料要言簡意賅，既要有文字描述，還應(yīng)有一目了然直觀形象的圖形產(chǎn)品說明。目前氣象業(yè)務(wù)中涉及的資料大體分三類：MICAPS系統(tǒng)生成的各類數(shù)據(jù)文件、SQL和Oracle數(shù)據(jù)庫存儲的氣象資料和常規(guī)的文本格式txt資料。這些資料均可通過ArcToolbox工具箱中開發(fā)的工具直接調(diào)用到ArcGIS軟件中，然后利用ArcGIS軟件強大的圖形管理能力生成相應(yīng)的不同氣象要素產(chǎn)品圖，如等值線圖、不同插值方法的色斑圖等。

以讀取SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫中降水數(shù)據(jù)為例，在ArcMap軟件的ArcToolbox工具箱中搭建從數(shù)據(jù)讀取、坐標投影、IDW插值到圖形輸出的完整模型見下圖4：

在ArcToolbox中搭建的模型可生成決策服務(wù)產(chǎn)品圖，但必須在ArcMap軟件中編輯，需要業(yè)務(wù)人員人工操作。實際氣象業(yè)務(wù)中，通過開發(fā)可視化操作界面，實現(xiàn)了與ArcToolbox中模型變量參數(shù)相匹配。這樣不需要業(yè)務(wù)人員在ArcMap軟件中手動操作，極大地提高了工作效率。與ArcToolbox中模型匹配的可視化界面如下圖5：

根據(jù)決策氣象服務(wù)業(yè)務(wù)需求，在可視化界面中設(shè)置每條工作任務(wù)的執(zhí)行時間、文件存儲路徑、輸出圖形格式等變量參數(shù)，不同氣象要素產(chǎn)品圖即可按設(shè)置的時間自動完成并輸出到指定目錄。自動生成的JPG格式降水氣象要素產(chǎn)品圖如下圖6：

3 小結(jié)

1）本文對ARCGIS軟件在氣象預(yù)報和決策服務(wù)的應(yīng)用進行探討，探討了其對提升工作技術(shù)和效率的積極意義。

2）GIS技術(shù)對空間中的不同氣象站點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和圖形顯示輸出，增強了決策服務(wù)的時效性，提升了山西決策氣象服務(wù)能力。

3）通過開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具和可視化操作界面，增強了GIS軟件的靈活性，在今后的氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 李江南. GIS在氣象數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].廣東氣象，2002（4）：14-15.

[2] 陸曉靜，郭善云，王建英，等. GIS在寧夏決策氣象服務(wù)產(chǎn)品中的應(yīng)用研究[J].干旱氣象，2012，30（2）：283-286.

【通聯(lián)編輯：唐一東】