溫州鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)一體化平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

吳孟春++朱景++袁慧珍++周必高++周捷

摘 要精細(xì)化預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)運(yùn)行已多年，各市縣預(yù)報(bào)制作和訂正主要是站點(diǎn)方式為主。隨著預(yù)報(bào)精細(xì)化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務(wù)后，多站點(diǎn)、多要素的預(yù)報(bào)制作和訂正方式，不但給預(yù)報(bào)員帶來很繁重的工作量，同時(shí)也難以滿足快速增長的精細(xì)化氣象服務(wù)需求，所以調(diào)整和優(yōu)化現(xiàn)有的精細(xì)化預(yù)報(bào)模式已十分必要。2015年開始對全市鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化要素預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)進(jìn)行整合和優(yōu)化，并組織開發(fā)了集鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象要素預(yù)報(bào)制作、訂正及發(fā)布的溫州鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)一體化平臺。該平臺實(shí)現(xiàn)了基于GIS的鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化產(chǎn)品的站點(diǎn)和格式化模式的制作、訂正、發(fā)布功能的統(tǒng)一發(fā)布平臺，促進(jìn)了本地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)的規(guī)范化、流程化和統(tǒng)一化。文章先介紹了溫州鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)的現(xiàn)狀和需求，再從溫州鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)一體化平臺的設(shè)計(jì)思路、主要應(yīng)用功能和特點(diǎn)等方面進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化天氣預(yù)報(bào) WebGIS 格點(diǎn)訂正 數(shù)據(jù)聯(lián)動 一鍵發(fā)布

氣象預(yù)報(bào)的精細(xì)化是當(dāng)代氣象預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展的趨勢。目前氣象部門通過各級高性能計(jì)算平臺，已經(jīng)可以獲取基于GFS/OCF/RUC等數(shù)值模式以及QPF雷達(dá)降雨評估方法的網(wǎng)格精度從0.01度到0.05度各級不等、時(shí)間跨度從3小時(shí)到196小時(shí)、間隔從3小時(shí)到24小時(shí)不等的多種精細(xì)化預(yù)報(bào)結(jié)果，但在實(shí)際工作中，單一的數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果都有其局限性，需要人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行干預(yù)才能得到更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，同時(shí)對社會服務(wù)的預(yù)報(bào)單位是行政區(qū)劃、地理位置等進(jìn)行描述，而不是原始的網(wǎng)格，目前也需要人工處理才能實(shí)現(xiàn)從規(guī)則網(wǎng)格到實(shí)際服務(wù)對象的轉(zhuǎn)換。

1 一體化平臺的需求分析

平臺要以B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用GIS技術(shù)，將各客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品要素在GIS上顯示出來，并通過相應(yīng)的工具對各要素格點(diǎn)化、圖形化，可進(jìn)行快速的訂正及發(fā)布。

需要實(shí)現(xiàn)功能：

（1）多種預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)分析：多種數(shù)值天氣預(yù)報(bào)時(shí)空分辨率和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不斷提高已經(jīng)能為鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化要素預(yù)報(bào)提供一個(gè)基本的參考。

（2）預(yù)報(bào)訂正：可隨時(shí)對預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行修訂，訂正方法可用格點(diǎn)化、圖形化訂正。

（3）快速發(fā)布：一鍵發(fā)布是對制作完成的預(yù)警產(chǎn)品、預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及服務(wù)產(chǎn)品提供一鍵式發(fā)布功能。

（4）平臺需要建立模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口，可用于二次開發(fā)應(yīng)用，如預(yù)留提交國家局LWFD接口等。

（5）平臺設(shè)計(jì)通用性，配置簡單快捷，以便能在全省、市范圍內(nèi)應(yīng)用。

2 一體化平臺設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)一體化平臺采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用WebGIS高交互技術(shù)，基于各種客觀模式數(shù)據(jù)（WARRS、WARMS、OCF、EC）及檢驗(yàn)算法形成各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的客觀預(yù)報(bào)初始場數(shù)據(jù)，結(jié)合多功能多方法的訂正和校驗(yàn)，形成主觀精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品，基于主觀精細(xì)化數(shù)據(jù)生成精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品，再通過一鍵發(fā)布把各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品分發(fā)出去。其流程如圖1所示。

2.1 基于WebGIS的底層設(shè)計(jì)

一體化平臺底層應(yīng)用webgis和html5技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量矢量數(shù)據(jù)以及格點(diǎn)數(shù)據(jù)快速渲染，滿足高分辨率下的顯示性能。基于地理信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在空間上的各種顯示與分析功能，包括地理掩膜，空間計(jì)算和空間分析等。

2.2 多種客觀模式結(jié)合的精細(xì)化預(yù)報(bào)分析

系統(tǒng)首先對各種客觀模式數(shù)據(jù)（WARRS、WARMS、OCF、EC）進(jìn)行處理，根據(jù)時(shí)空分辨率形成相應(yīng)的客觀NC數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要對客觀模式進(jìn)行插值處理。客觀NC數(shù)據(jù)根據(jù)不同的要素（如溫度、降水）、年月日、起報(bào)時(shí)間、預(yù)報(bào)時(shí)效分別進(jìn)行存儲。對站點(diǎn)格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲，站點(diǎn)數(shù)據(jù)直接從格點(diǎn)數(shù)據(jù)中獲取，站點(diǎn)訂正以及格點(diǎn)訂正對數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理。

2.3 預(yù)報(bào)訂正

2.3.1 格點(diǎn)訂正

※ 格點(diǎn)效訂正

提供格點(diǎn)單時(shí)效訂正的多種訂正工具，訂正工具包括凹槽、凸脊、蓋章、賦值、等值線、梯度、魔棒、克隆和移動。這些工具能用不同的方法快速調(diào)整選擇的范圍內(nèi)各要素值。圖2為格點(diǎn)訂正界面。

2.3.2 站點(diǎn)訂正

站點(diǎn)訂正支持單時(shí)效站點(diǎn)訂正和多時(shí)效站點(diǎn)訂正。單時(shí)效站點(diǎn)訂正，支持單點(diǎn)以及區(qū)域訂正，可以對選中的站點(diǎn)進(jìn)行賦值，以及基于原有值的加減操作；多時(shí)效站點(diǎn)訂正，支持單站多時(shí)效的曲線訂正，可把某一訂正完的站點(diǎn)設(shè)為參考站點(diǎn)，然后在參考站點(diǎn)的基礎(chǔ)上對目標(biāo)站點(diǎn)進(jìn)行加減操作。快速完成相關(guān)站點(diǎn)訂正。

2.3 數(shù)據(jù)聯(lián)動

系統(tǒng)主要利用HighCharts組件實(shí)現(xiàn)對多時(shí)效數(shù)據(jù)的圖形展現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)圖表數(shù)據(jù)聯(lián)動以及后臺數(shù)據(jù)聯(lián)動，通過拖拽曲線上預(yù)報(bào)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行上下左右移動來快速動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)，并同步調(diào)整后臺的數(shù)據(jù)。

通過圖表數(shù)據(jù)聯(lián)動，提供圖形曲線訂正、表格訂正不同的訂正方式之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動，方便預(yù)報(bào)員快速、方便的對站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正。同時(shí)表格訂正支持對選中單元格數(shù)據(jù)復(fù)制到整行、復(fù)制到整列、整行值調(diào)整、整列值調(diào)整等快捷方式。

2.4 檢驗(yàn)方法

2.4.1 站點(diǎn)檢驗(yàn)

基于主觀預(yù)報(bào)訂正數(shù)據(jù)以及自動站實(shí)況數(shù)據(jù)，提供點(diǎn)對點(diǎn)的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)要素包括降水、溫度、風(fēng)速風(fēng)向。

2.4.2 格點(diǎn)檢驗(yàn)

通過面向?qū)ο蟮臋z驗(yàn)實(shí)現(xiàn)格點(diǎn)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。系統(tǒng)提供格點(diǎn)的MODE檢驗(yàn)，針對預(yù)報(bào)場與觀測場中的天氣系統(tǒng)進(jìn)行相似度計(jì)算并配對，根據(jù)相似度比較天氣系統(tǒng)各參數(shù)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度。由于在計(jì)算相似度時(shí)可以選擇多個(gè)不同類型的參數(shù)，使得該評估算法能幫助預(yù)報(bào)員鎖定某一次預(yù)報(bào)結(jié)果中需要關(guān)注的目標(biāo)。同時(shí)避免了傳統(tǒng)評估算法中逐格點(diǎn)對比所造成的很多缺陷。

2.5 一鍵發(fā)布

一鍵發(fā)布是對制作完成的預(yù)警產(chǎn)品、預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及服務(wù)產(chǎn)品提供一鍵式發(fā)布功能，目的是提高業(yè)務(wù)人員的工作效率。一鍵發(fā)布包括：打印、網(wǎng)絡(luò)傳真、短信、微信、各多媒體終端、網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步更新。

2.6 平臺接口設(shè)計(jì)

平臺接口包括內(nèi)部接口和外部接口。內(nèi)部接口包括各要素協(xié)同接口、天氣現(xiàn)象生成接口，基于精細(xì)化格點(diǎn)的產(chǎn)品生成接口等。外部接口包括和國家局LWFD的接口，以及用于外部系統(tǒng)二次開發(fā)的接口。

3 結(jié)語

2015年初，溫州市氣象局開始精細(xì)化預(yù)報(bào)一體化平臺的研發(fā)，現(xiàn)已投入試運(yùn)行。目前，在全省還沒有建立統(tǒng)一的預(yù)報(bào)及訂正平臺情況下，溫州市氣象局?jǐn)M先試點(diǎn)建設(shè)溫州地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)發(fā)布及訂正平臺項(xiàng)目，然后再向全省推廣，最終在全省形成統(tǒng)一的精細(xì)化預(yù)報(bào)制作、訂正、發(fā)布平臺。平臺的建立，可以大大地減少預(yù)報(bào)員的工作量、提高工作效率、提高預(yù)報(bào)時(shí)效、提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，并能更好地通過網(wǎng)站展示預(yù)報(bào)產(chǎn)品更好的視覺效果。

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作者單位

溫州市氣象局 浙江省溫州市 325027