氣象水文資料處理與應用分析

朱亮，鐘艷雯，朱宏武，文立恒，歐陽計躍

（湖南省氣象信息中心，長沙410118）

0 引言

根據中國氣象局防汛救災工作的重要部署，提升流域防汛抗洪氣象服務能力，做好汛期流域水文氣象預報服務工作，氣象水文數據應用也越來越重要。目前氣象部門水文部分資料已由CMACast（中國氣象局衛星數據廣播系統）下發，為水利部門與中國氣象局之間共享的資料，該資料供省級氣象部門小站接收使用，該資料的下發時間與水利部提供數據的時間有關。同時省氣象局與省水利部門實現了氣象水文數據共享。水文數據主要包括降水、河道水情、水庫水情相關數據，實現對水情信息進行及時監測，為防汛抗災提供準確、及時的數據信息。因此，為更好地發揮資料的價值，對已有水文資料進行處理與應用分析。

1 資料整理收集

水文資料的收集整理主要包括兩部分：①省氣象局與省水文部門共享的水文數據；②國家局CMACast下發的水文資料。在實際使用過程中發現，CMACast接收的水文數據涉及全國，本省站點相對較少，主要使用省氣象局與省水文部門共享的水文數據。

圖1 水文同步數據程序界面

（1）湖南省氣象局與水文部門通過數據庫實時同步獲取部分雨情數據，目前保存在省級SQL數據庫。水文數據從水利部門中獲取，從水利部門數據庫同步到省氣象信息中心結構相同的庫中，由于源數據庫對訪問IP進行了限制，所以采用自行開發的軟件實現數據同步。水文數據同步軟件用MS.NET開發，采用定時輪詢方式對比源數據庫與目的數據庫進行比較，將發生變動（插入、修改及刪除）的數據記錄寫入到待交換表單中，用SqlBulkCopy類批量寫入目的庫。主要涉及基本站信息表（ST_STBPRP_B）、降水量表表結構（ST_PPTN_R）、河道水情表（ST_RIVER_R）、水庫水情表（ST_RSVR_R）、河道防洪指標表（ST_RVFCCH_B）、汛限水位表（ST_RSVRFSR_B）、水庫防洪指標表（ST_RVFCCH_B）七個表。其中測站基本信息共計包括3772站次，雨量涉及1068站次，河道水情經查涉及854站次，水庫水情涉及1734站次。

（2）根據《氣預函〔2020〕40號預報司關于下發水利部交換資料的通知》要求，通過衛星廣播系統提供水利部交換的降水、河道水情和土壤墑情等數據的下發和共享服務。省級已完成水文資料的接收推送至共享；廣播通道和目錄為OBS_DOM_PUB/HYDR/PUB，省級共享目錄為共享服務器CMACASTOBSPUBHYDR。主要包括土壤墑情資料、日雨量文件、1小時雨量文件、水利部河道水情資料。省級已經實現CIMISS（全國綜合氣象信息共享平臺）接口調用水利部降水數據、河道水情資料接口共享應用。

圖2 CIMISS讀取數據界面

其中時段雨量數據、日雨量實施數據全國總計209個站點，文件格式涉及區站號及雨量信息，結合我省與水利部門已經共享的資料來查看，湖南省水文雨量站區站號在611至617開頭的之間，該類站點3個，尚無明確的站點信息情況。河道水情每天一個文件，文件名稱為Reyymmdd.txt，能查看到湖南省內有城陵磯61512000、桃 源61302800、石 門61400900、湘 潭61102000、桃江61202100五個站點時間、水位、流量、超警、水勢情況。因此在實際使用過程中發現，CMA?Cast接收的水文數據涉及全國，本省站點相對較少，我們重點采用省級水文共享數據。

2 數據產品展示

數據產品展示通過從接口獲取數據轉換成可疊加到GIS（地理信息系統）的氣象要素數據，以站點圖、曲線圖、表格等方式進行展示，用于監測湖南省范圍內水文站的實況。顯示要素包括降雨量，河道水位，河道流量，水庫水位，水庫儲水量，水庫蓄水量，出庫流量，正常蓄水位，警戒水位，歷史最高水位等，默認顯示最新小時時次的觀測數據。當鼠標移動到站點上時，站點圖標右下角顯示站點以及觀測數據信息框。當鼠標移開站點時，信息顯示框消失。點擊站名，站號按鈕，GIS上顯示站點對應站名，站號信息。

圖3 水文數據接口

圖4 衡陽水文信息展示

2.1 河道水情

河道水情展示的主要功能是實現以GIS、表格和曲線圖的方式展示區域內河道水情數據。根據基本站信息表（ST_STBPRP_B）、河道水情表（ST_RIVER_R）、河道防洪指標表（ST_RVFCCH_B）三個表，進行三表聯合查詢展示。表格數據顯示具體查詢語句如下：

“SELECT A.[STCD]as"測站編碼",B.[STNM]as"測站名稱",A.[TM]as"時間",A.[Z]as"水位",A.[Q]as"流量",C.[WRZ]as"警戒水位",C.[WRQ]as"警戒流量",C.[OBHTZ]as"實測最高水位",C.[OBHTZTM]as"實測最高水位出現時間",B.[DRNA]as"集水面積",B.[RVNM]as"河流名稱",B.[HNNM]as"水系名稱",B.[BSNM]as"流域名稱"FROM[qxyq].[dbo].[ST_RIVER_R]A,[qxyq].[dbo].[ST_STBPRP_B]B,[qxyq].[dbo].[ST_RVFCCH_B]C where A.STCD=B.STCD and B.STCD=C.STCD and TM='2020-09-09 01:00:00.000'”。

將采集的葉片保存于濕潤的封口袋中帶回實驗室，一部分直接稱量葉片鮮質量，然后在 75 ℃烘箱中烘48 h，稱量，計算每個葉片含水量；另一部分用超純水洗凈并自然晾干，于80 ℃下烘干48 h至恒重，而后在過量O2中完全燃燒并收集CO2，然后用氣體質譜儀Delta Plus測定試樣中的δ13C含量，測量精度小于 0.1‰（Craig，1957）。計算公式如下：

圖5 河道水情實況及歷史最高水位

圖6 單站河道水情時序圖

一般默認顯示當前時次的觀測數據，可以直接輸入時間后回車進行查詢，也可以點擊時間選擇框圖標，選擇時間進行查詢，也可單擊前一天、后一天圖標進行查詢，也可以選擇市縣下拉框查看各個市、縣的觀測數據。在地圖上點擊站點，系統查詢該站過去一段時間的觀測數據，并以彈出框中以曲線圖,數據表格等形式顯示站點觀測并支持數據下載。上圖通過曲線圖的方式對單站河道水情進行展示，主要涉及最高水位和最大流量曲線。

2.2 水庫水情

水庫水情展示和河道水情展示方式基本一致，以GIS、表格和曲線圖的方式展示。在地圖上點擊站點，系統查詢該站過去一段時間的觀測數據，并以彈出框中以曲線圖，數據表格等形式顯示站點觀測并支持數據下載。如上圖所示單站水庫水情時序圖主要對水位、儲水量、蓄水量及出庫流量進行展示，可以直接輸入時間后回車進行查詢，同時鼠標滑過時顯示當前時次具體信息。

圖7 水庫水情展示

3 結語

通過對水文數據整理，水文數據中河道水情、水庫水情一般對歷史極值數據庫有專項記錄，同時對于歷史極值設置了實測最高水位與調查最高水位，值得我們在氣象資料中也學習應用。總體實現了對水文河道水情、水庫水情以曲線圖、表格與地圖等直觀圖形產品展示，同時在省級氣象業務內網平臺進行展示，提升了省級汛期數據支撐能力，一定程度滿足現有的業務需求，并能很好地解決預報等業務上不能查看水文站點數據等相關問題，同時將充分發揮氣象水文共享數據業務效益，對我省臨近預警預報業務和防汛抗旱提供依據有著積極作用。