GIS技術在氣象服務網站的應用

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。對于氣象服務網站來說，一方面需要為大眾提供實時的氣象信息數據，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技術已經氣象服務網站概述

1.1GIS技術概述

GIS技術也被稱為地理信息系統技術，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據庫，以電子信息相關工具收集、整理、計算地理空間相關數據并對數據進行整合與模擬，從而做到對現實地理情況的實時模擬。GIS系統的基本功能就在于數據的采集和數據的轉換。

與傳統地圖相比，地理信息系統具有以下優勢：首先所承載信息量大，使用方便，地理信息系統在本質上是一種計算機軟件，能夠承載過去傳統地圖無法想象的信息量。其次，地理信息系統具有多種功能，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，地理信息系統系統能夠提供實時的空間數據變化狀況。目前，GlS系統已經廣泛運用于我國社會生活的方方面面，例如城市消防、環境監測、資源調查、城市規劃、軍事決策等等方面。

1.2氣象服務網站概述

氣象網站服務就是指以提供相關氣象信息為經營手段的網站。目前，主要的氣象服務網站有四大類功能。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的服務平臺。其次是公眾氣象服務網站，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站。再則是專業氣象服務，就是指為各行各業的日常生產經營活動提供相關氣象信息的服務。

2 氣象服務網站系統設計

2.1維度設計

網站維度設計就是對不同業務活動的屬性進行整理集合，是服務網站系統設計的基礎。結合GIS技術思想和應用，氣象服務網站的維度設計可以從地理分區、氣象要素、時間分層和表現方式四個方面來進行，再結合不同地區對氣象服務的要求選擇恰當的GIS分析對象。

在我國目前的氣象地理信息系統建設和氣象觀測站分布狀況之下，地理分區可以大致分為中國、區域（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。

氣象服務網站常用維度設計常用的表現方式包括表格、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、高程模型數據以及站點標注等進行緊密的結合。

2.2系統分層

系統分層是對維度分層的延伸，將理想化的維度設計真正體現在網站的軟件系統架構之中。一般來說地面氣象GIS服務系統分為邏輯相互關聯的七個層次，包括數據輸入層、GIS加工層、web應用層、門戶層、系統控制層、格點場層和客戶端層。進行系統分層設計的主要目的是完善不同層次間的分工協作，保證氣象服務系統的順利運行，系統收集而來的各氣象要素的相關數據在加工后到格點場集合，之后通過GIS工具——IDV的應用將GIS數據與初始數據進行融合，在對數據進行進一步的加工成為圖形信息之后可以被數據層以及門戶層所使用。氣象服務網站系統的信息獲取時間周期可以根據服務類型的不同進行適當的調整，以操作層的氣象信息共享平臺為支撐可以對區域內的氣象資料進行定時自動采集，并將其存人數據庫之中。離散站點數據在格點場層中要經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，氣象服務對于規范性和精確性的要求更高，為了滿足氣象數據采集的需求可以對不同的區域和時間尺度之間的GIS服務產品進行掛測。以GIS應用為基礎的氣象服務網站工作流時序根據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分鐘的時候完成數據入庫和初步的統計、排錯、加工處理，GIS分析圖格點場計算在35分鐘時完成，10分鐘后可以在網站發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工具生產效率的目的，含權地理邊界預剪裁在其中起到決定性的作用。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。由于在業務格點插值過程中，該方案省略了權值計算中的指數部分、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品所花費的時間。

結語

隨著電子信息技術的不斷發展，GIS技術（地理信息系統）也越來越完善，GIS被運用到社會生產的各個領域之中，大大促進了經濟建設的步伐。氣象服務網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站中得到更好的運用。

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