基于中尺度站資料的氣候監測業務系統＊

吳堯祥

(浙江省氣候中心,浙江杭州310017)

0 引 言

氣候監測業務主要根據氣候條件的優劣,分析和評價氣候對農業、交通、旅游等部門的利弊影響,監測極端氣候事件的發生等,從而為各級政府決策及有關部門總結生產經驗提供依據。近年來我國許多省市氣象部門根據本地的業務服務實際和技術力量,先后組織開發研制了各自的工作系統與信息平臺[1-3],但這些業務平臺均是基于常規氣象站的資料。中國氣象局在《中國氣象事業發展戰略》規劃了氣候監測診斷業務的發展目標,提出要加強對氣候異常與重大氣候事件的監測診斷。近幾年全國氣象觀測系統發展很快,常規觀測站網實現了自動觀測,同時加強了中尺度自動觀測網建設,浙江省目前已經建立了1000多個中小尺度自動站。這些觀測站為氣候監測業務發展提供了高精度的基礎資料。因此,如何引入新方法,加強分析手段,充分利用時空分布精密的中小尺度資料,使極端氣候事件的分析更加深入和詳細是省級氣候監測業務面臨的新課題。

浙江省是個多災之省,暴雨、洪澇、干旱、臺風、低溫、冰雹等災害不斷,尤其是近年來由于氣候變化,臺風、高溫干旱、冰雪災害等極端氣候事件屢見不鮮,各級政府、相關部門、民眾對氣候服務提出了更多的需求。基于中尺度站資料的氣候監測業務系統的建立,可以充分發揮監測空間上精細化、時間上實時高效化的功能,該系統在建立監測分析指標體系、氣象災害指標體系的基礎上,充分運用中尺度氣象觀測站網資料,建立了可用于省級氣候監測業務運行平臺,實現數據處理、數據分析、災害監測、圖形制作、常規產品自動生成等功能,可在日常省級氣候監測業務中發揮重要作用。

1 系統體系結構

系統體系結構為3層C/S結構(圖1),即客戶、應用服務器、數據庫服務器,其主要功能如下：

(1)客戶。實現用戶界面,它提供了一個可視化接口,用來顯示信息和收集數據,它只與應用服務器打交道。本系統客戶端以Delphi 7.0為開發平臺。為本業務系統的主控模塊。

(2)應用服務器。實現應用邏輯,是連接客戶與數據庫服務器的橋梁。它響應用戶發來的請求,執行相應任務,并與數據庫服務器打交道。該層的組件以Delphi 7.0為開發平臺開發。

(3)數據庫服務器。實現數據的定義、維護、訪問、更新以及管理,并響應應用服務器的數據請求。該系統以SQL Server 2005為工具,實現對數據的維護與管理。

圖1 3層C/S結構圖

2 系統模塊及功能

系統客戶端即主控模塊由4個子系統組成：數據庫管理系統、氣候分析評價系統、氣象災害分析評價系統、實時氣候監測評價系統(圖2)。各系統功能相對獨立,從不同角度實現氣候監測功能。該系統以地理信息系統的管理模式為模版進行開發,系統通過對氣候資料和地理數據在系統里的管理和分析,來實現氣候分析評價目的。

圖2 系統組成及功能

2.1 數據庫管理系統

數據庫管理系統提供對數據的添加、維護。為其它系統的正常運行提供保障。

系統功能之一是通過歷史數據添加組件的接口函數,實現添加大批量的歷史數據;功能之二是通過實時數據添加組件的接口函數,實現添加實時資料,功能之三是對歷史數據及實時數據進行平均值、極值等常用數據的統計,并建立統計數據表。

2.2 氣候評價分析系統

評價分析等系統通過地理信息系統模式進行開發,實現了地理數據與氣象要素的結合。地理數據是某一區域內關于一定地理要素特征的數據集合,它反映了地理要素的屬性和空間分布特征。在系統里每個氣象臺站在空間代表一個點,根據經緯度確定其空間位置,每個點的屬性數據即為氣候資源的各種要素值。在建立基本氣象數據和地理數據的基礎上,系統提供對任意時段不同要素的均值分析、總量分析、距平分析、極值分析等,并在不同地理背景上顯示分布效果,并可方便地實現空間不連續的離散的氣象數據的內插,結合數字高程模型(DEM)[4]氣象要素的空間分析,或提供單站的任意時段的年變化曲線圖。

系統實現了降水、氣溫、日照時數等要素分析。其中降水分析包括任意時段降水量、降水日數、降水量大于某界限(降水量)的日數、連續降水日數、連續無降水日數等項目的分析;氣溫分析包括任意時段平均氣溫、極端氣溫、最高氣溫日數、最高氣溫持續日數、最低氣溫日數、最低氣溫持續日數、穩定通過某界限氣溫及積溫的日期以及日較差、初終霜期、無霜期等;日照分析包括歷史和實時的日照時數分析。各要素分析均可顯示各站值歷史的排序、距平等信息,以圖表的形式輸出(圖3)。

圖3 圖形制作界面

2.3 實時氣候監測評價系統

實時氣候監測業務系統主要對全省常規及中尺度自動氣象站當日氣溫、濕度、降水、風等要素進行監測,經與歷史值的比較,判斷是否有極端天氣出現。

該系統可依據事先設置的時間,實現每日自動監測功能,同時也具有任意指定日期監測功能,并能自動形成診斷報告。該系統顯示形式有圖形、文本、表格等形式,用戶可依據需要獲取(圖4)。

圖4 放大后中尺度站顯示界面

2.4 氣候災害監測分析

浙江省氣象災害種類繁多,在全國發生的17種氣象災害,如暴雨、洪澇、干旱、高溫、熱帶氣旋 (臺風)、冷害、凍害、冰凍、大雪、冰雹、大風、龍卷風、連陰雨、濃霧等,在浙江省時有發生,且影響范圍廣,出現時間長。從時間分布上看,季季月月都有,如春季有低溫、陰雨、冰雹;夏季有暴雨、洪澇、干旱、臺風;秋季有干旱、臺風、低溫;冬季有大雪、冰凍。從空間分布來看,全省不論是內陸與海島,山區與平原,城市與鄉村,都有氣象災害。

為了便于分析,診斷各種氣象災害的發生、發展,進行監測預警,我們對多種氣象要素進行了統計分析,根據氣象要素的量值及區域分布確定了十多種氣象災害指標,在本系統中根據這些氣象災害指標,實現了對干旱、洪澇、夏季高溫、倒春寒、夏季低溫、秋季低溫、連陰雨、寒潮8類氣象災害的監測分析,系統通過不同的分析手段對歷史或實時的8種氣象災害的發生發展進行分析評價,其中干旱、洪澇分析實現了多種分析評價方法。

系統界面為標準WINDOWS界面,在圖形顯示區用圖形或曲線方式顯示用戶分析結果,文本顯示區用文本文件方式顯示結果具體數值。

3 系統業務應用

基于中尺度的氣候監測業務平臺已經在省級氣候中心的日常業務如氣候監測、氣候影響評價、氣象災害年鑒、農氣旬月報等業務以及決策服務材料中獲得了應用,由于系統功能全面,自動化程度高,大大提高了工作效率。

該系統基于中尺度站資料和常規氣象站資料,資料處理分析簡單快速,圖形輸出美觀,因此在各項科研中也獲得較好的應用。

系統中數據庫和提供應用服務的COM組件、GIS組件可以提供給其它開發人員用于二次開發。

4 結 語

該業務平臺數據庫包含了中尺度站及常規氣象站的所有要素以及統計數據,可以全面提供及精細化地分析實時天氣氣候特征;氣候監測分析系統對氣象資料分析內容全面,尤其是本業務平臺將GIS空間分析模式運用于全省氣象要素分布特征的技術,使得輸出的產品更加直觀與準確;氣象災害分析系統提供的災害監測功能可以大大提高評價的實時性和空間的精細化,加強了災害的監測能力。

[1] 孫銀川,趙光平,桑建人,等.突發性氣象災害監測系統的設計.災害學,2006,21(2)：30-34.

[2] 楊 林.基于GIS的福建省氣候監測與災害預警系統.氣象科技,2005,33(5)：474-477.

[3] 張 強,莊麗莉,王有名,等.旱澇氣候監測、預警分析業務系統及服務.自然災害學報,1998,7(3)：58-64.

[4] 張洪亮,倪紹祥,鄧自旺,等.基于DEM的山區氣溫空間模擬方法.山地學報,2002,20(3)：360-364.