舟山精細(xì)化風(fēng)場數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在WebGIS 中的應(yīng)用＊

張驍，孫楠，劉壯峰，李駿，王錚清，虞佳維

（舟山市氣象局，浙江舟山 316000）

WebGⅠS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）是指基于網(wǎng)絡(luò)平臺，客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)上的地理信息系統(tǒng)，即將GⅠS 所能提供的功能通過網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)給用戶[1]。WebGⅠS 有利于信息共享，并易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式管理[2]。

隨著現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)體系不斷完善，氣象產(chǎn)品的精細(xì)化程度明顯提高[3]。數(shù)值預(yù)報(bào)具有越來越重要的地位，對預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度也提出了更高的要求。精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)是指天氣預(yù)報(bào)時(shí)間上能夠精確到小時(shí)甚至分鐘級，空間上能夠定位到縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、災(zāi)害點(diǎn)，數(shù)量上能夠細(xì)化到某一個(gè)具體數(shù)值[4]。近年來，國內(nèi)不少學(xué)者對基于WebGⅠS 在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用做了大量的研究分析：李建偉等[5]基于WebGⅠS 技術(shù)，對海洋氣象服務(wù)所需的數(shù)據(jù)資源和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了充分融合，實(shí)現(xiàn)不同功能區(qū)用戶對信息的疊加分析；李顯風(fēng)等[6]為滿足氣象業(yè)務(wù)及氣象服務(wù)對實(shí)況網(wǎng)格產(chǎn)品的服務(wù)需求，在實(shí)時(shí)收集和處理各種實(shí)況網(wǎng)格產(chǎn)品基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于WebGⅠS 的實(shí)況網(wǎng)格產(chǎn)品應(yīng)用分析平臺；王偉等[7]基于WebGⅠS 技術(shù)對集歷史雨量、面雨量預(yù)報(bào)、水位徑流預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)評估、專業(yè)服務(wù)文稿以及臺風(fēng)、雷達(dá)、衛(wèi)星等多功能于一體的水庫氣象服務(wù)平臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；張驍?shù)萚8]基于WebGⅠS 和信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)涵蓋地圖顯示和基本操作、實(shí)況氣象要素信息實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測功能的WebGⅠS 系統(tǒng)；任芳等[9]研究了各類氣象數(shù)據(jù)在WebGⅠS 地圖上的疊加顯示，設(shè)計(jì)陜西省氣象服務(wù)中心專業(yè)用戶氣象信息服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)。舟山精細(xì)化10 m 風(fēng)場資料在業(yè)務(wù)應(yīng)用中主要通過中國氣象局開發(fā)的基于C/S 架構(gòu)的Micaps4 進(jìn)行分析研究，存在顯示過于密集、操作繁復(fù)等問題，這不能滿足預(yù)報(bào)員通過多途徑便捷高效開展預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作的需要。舟山精細(xì)化風(fēng)場數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品顯示系統(tǒng)針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，基于WebGⅠS方式和采用B/S 架構(gòu)，利用信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將精細(xì)化預(yù)報(bào)格點(diǎn)風(fēng)矢量資料分色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖實(shí)時(shí)顯示于地理信息系統(tǒng)中。

1 資料介紹

本系統(tǒng)所用資料主要是浙江省氣象科學(xué)研究所提供的舟山地區(qū)Micaps第11類格點(diǎn)矢量10 m風(fēng)場資料，數(shù)據(jù)網(wǎng)格大小為450×450，因網(wǎng)格數(shù)據(jù)過于密集，在繪制風(fēng)桿圖產(chǎn)品時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀，抽稀后網(wǎng)格為300×300。風(fēng)場產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)格式如圖1 所示。其中，第一行為Micaps 資料類別、產(chǎn)品名稱，第二行分別為產(chǎn)品年、月、日、時(shí)、分、秒、經(jīng)緯度網(wǎng)格格距、起止經(jīng)緯度、經(jīng)緯向格點(diǎn)數(shù)。空數(shù)據(jù)記為9 999.000 000。數(shù)據(jù)先放U（水平）分量，數(shù)據(jù)按先緯向后經(jīng)向排列，放完U 分量再放置V（垂直）分量。

圖1 風(fēng)場產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)格式

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2 所示，分為3 層架構(gòu)。3層架構(gòu)將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為前端應(yīng)用層、后端邏輯層、數(shù)據(jù)層。區(qū)分層次的目的是“高內(nèi)聚、低耦合”[10]。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

前端應(yīng)用層是系統(tǒng)用戶直接操作的客戶端頁面，該層精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品能夠正確、及時(shí)地顯示于地理新信息系統(tǒng)。后端邏輯層中通過編寫Python 腳本定時(shí)同步最新時(shí)次整點(diǎn)精細(xì)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，并在生成最新時(shí)次預(yù)報(bào)產(chǎn)品后刪除過往時(shí)次數(shù)據(jù)，解析網(wǎng)格資料繪制色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖產(chǎn)品。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，包括精細(xì)化網(wǎng)格資料數(shù)據(jù)、浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖資源等。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，每小時(shí)同步浙江氣科所舟山地區(qū)精細(xì)化風(fēng)場資料到本地Web 服務(wù)器，定時(shí)刪除本地Web 服務(wù)器原產(chǎn)品資料和數(shù)據(jù)，利用精細(xì)化風(fēng)場資料繪制3 類風(fēng)場預(yù)報(bào)產(chǎn)品。加載浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖系統(tǒng)，可通過點(diǎn)擊圖標(biāo)切換矢量圖、地形圖、衛(wèi)星圖作為地圖地圖。運(yùn)用WebGⅠS方式將精細(xì)化預(yù)報(bào)格點(diǎn)資料產(chǎn)品正確高效、分時(shí)、分類地顯示在地理信息系統(tǒng)上。通過點(diǎn)擊時(shí)間控件切換未來12 h 各整點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，通過點(diǎn)擊勾選不同產(chǎn)品要素，按實(shí)際需求于地理信息系統(tǒng)上展示，切換如圖3（色斑圖）、圖4（流線圖）、圖5（風(fēng)桿圖）這3 種不同時(shí)次的精細(xì)化預(yù)報(bào)要素網(wǎng)格資料產(chǎn)品。

圖3 系統(tǒng)功能效果色斑圖

圖4 系統(tǒng)功能效果流線圖

圖5 系統(tǒng)功能效果風(fēng)桿圖

4 系統(tǒng)開發(fā)主要技術(shù)

本系統(tǒng)以浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖為基礎(chǔ)，考慮使用B/S 方式，主要基于B/S 具有操作使用方便、維護(hù)管理方便等特點(diǎn)。前端布局使用Bootstrap 前端開源框架，開發(fā)響應(yīng)式布局、兼顧移動(dòng)設(shè)備的Web 項(xiàng)目。使用OpenLayers 3 地圖框架，OpenLayers 是一個(gè)開源的項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)之意是為互聯(lián)網(wǎng)客戶端提供強(qiáng)大的地圖展示功能，包括地圖數(shù)據(jù)顯示與相關(guān)操作，并具有靈活的擴(kuò)展機(jī)制。后端使用Asp.NET 體系框架，通過Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)前端和后端數(shù)據(jù)交互，服務(wù)器當(dāng)前最新時(shí)次產(chǎn)品列表結(jié)果將以Json 格式返回前端。第三方JS 資源涉及jQuery、Bootstrap 等。通過配置xml（可擴(kuò)展標(biāo)記語言）配置圖例顯示、產(chǎn)品種類、抽稀密度、投影方式、投影范圍等繪圖參數(shù)，調(diào)用Python 庫包繪制精細(xì)化產(chǎn)品。編寫Python 后臺程序定時(shí)同步最新時(shí)次精細(xì)化風(fēng)場產(chǎn)品資料至系統(tǒng)服務(wù)器，刪除上一時(shí)次數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，若最新時(shí)次產(chǎn)品未生成，則仍顯示上一時(shí)次產(chǎn)品。

5 小結(jié)

系統(tǒng)主要特色是將本地精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)，豐富氣象產(chǎn)品資料可視化，為氣象預(yù)報(bào)人員提供便捷多樣化產(chǎn)品服務(wù)。精細(xì)化預(yù)報(bào)網(wǎng)格資料產(chǎn)品分時(shí)、分類并按照實(shí)際需要快速顯示于地理新信息系統(tǒng)，便于氣象預(yù)報(bào)人員分析與研究。針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，基于WebGⅠS方式和信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將精細(xì)化預(yù)報(bào)格點(diǎn)風(fēng)矢量資料分色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖實(shí)時(shí)顯示于地理信息系統(tǒng)中，顯示未來12 h 整點(diǎn)精細(xì)化風(fēng)場預(yù)報(bào)產(chǎn)品。系統(tǒng)后期資料產(chǎn)品將擴(kuò)展至解析舟山市氣象臺、舟山市港航氣象臺預(yù)報(bào)研究團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，如海霧、大風(fēng)、暴雨等本地精細(xì)化數(shù)值模式產(chǎn)品。舟山精細(xì)化風(fēng)場數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品顯示系統(tǒng)對精細(xì)化預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品本地化釋用和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)人員進(jìn)行天氣研判具有重要意義，為精細(xì)化定量化本地天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、氣象防災(zāi)減災(zāi)等提供了關(guān)鍵便捷的技術(shù)支撐。