基于中尺度站資料的氣候監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)＊

吳堯祥

(浙江省氣候中心,浙江杭州310017)

0 引 言

氣候監(jiān)測業(yè)務主要根據(jù)氣候條件的優(yōu)劣,分析和評價氣候對農(nóng)業(yè)、交通、旅游等部門的利弊影響,監(jiān)測極端氣候事件的發(fā)生等,從而為各級政府決策及有關部門總結生產(chǎn)經(jīng)驗提供依據(jù)。近年來我國許多省市氣象部門根據(jù)本地的業(yè)務服務實際和技術力量,先后組織開發(fā)研制了各自的工作系統(tǒng)與信息平臺[1-3],但這些業(yè)務平臺均是基于常規(guī)氣象站的資料。中國氣象局在《中國氣象事業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》規(guī)劃了氣候監(jiān)測診斷業(yè)務的發(fā)展目標,提出要加強對氣候異常與重大氣候事件的監(jiān)測診斷。近幾年全國氣象觀測系統(tǒng)發(fā)展很快,常規(guī)觀測站網(wǎng)實現(xiàn)了自動觀測,同時加強了中尺度自動觀測網(wǎng)建設,浙江省目前已經(jīng)建立了1000多個中小尺度自動站。這些觀測站為氣候監(jiān)測業(yè)務發(fā)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(jiān)測業(yè)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?；谥谐叨日举Y料的氣候監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)的建立,可以充分發(fā)揮監(jiān)測空間上精細化、時間上實時高效化的功能,該系統(tǒng)在建立監(jiān)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(wǎng)資料,建立了可用于省級氣候監(jiān)測業(yè)務運行平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、災害監(jiān)測、圖形制作、常規(guī)產(chǎn)品自動生成等功能,可在日常省級氣候監(jiān)測業(yè)務中發(fā)揮重要作用。

1 系統(tǒng)體系結構

系統(tǒng)體系結構為3層C/S結構(圖1),即客戶、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器,其主要功能如下：

(1)客戶。實現(xiàn)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(shù)據(jù),它只與應用服務器打交道。本系統(tǒng)客戶端以Delphi 7.0為開發(fā)平臺。為本業(yè)務系統(tǒng)的主控模塊。

(2)應用服務器。實現(xiàn)應用邏輯,是連接客戶與數(shù)據(jù)庫服務器的橋梁。它響應用戶發(fā)來的請求,執(zhí)行相應任務,并與數(shù)據(jù)庫服務器打交道。該層的組件以Delphi 7.0為開發(fā)平臺開發(fā)。

(3)數(shù)據(jù)庫服務器。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問、更新以及管理,并響應應用服務器的數(shù)據(jù)請求。該系統(tǒng)以SQL Server 2005為工具,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的維護與管理。

圖1 3層C/S結構圖

2 系統(tǒng)模塊及功能

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

圖2 系統(tǒng)組成及功能

2.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)的添加、維護。為其它系統(tǒng)的正常運行提供保障。

系統(tǒng)功能之一是通過歷史數(shù)據(jù)添加組件的接口函數(shù),實現(xiàn)添加大批量的歷史數(shù)據(jù);功能之二是通過實時數(shù)據(jù)添加組件的接口函數(shù),實現(xiàn)添加實時資料,功能之三是對歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)進行平均值、極值等常用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,并建立統(tǒng)計數(shù)據(jù)表。

2.2 氣候評價分析系統(tǒng)

評價分析等系統(tǒng)通過地理信息系統(tǒng)模式進行開發(fā),實現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)與氣象要素的結合。地理數(shù)據(jù)是某一區(qū)域內(nèi)關于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合,它反映了地理要素的屬性和空間分布特征。在系統(tǒng)里每個氣象臺站在空間代表一個點,根據(jù)經(jīng)緯度確定其空間位置,每個點的屬性數(shù)據(jù)即為氣候資源的各種要素值。在建立基本氣象數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)的基礎上,系統(tǒng)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(xiàn)空間不連續(xù)的離散的氣象數(shù)據(jù)的內(nèi)插,結合數(shù)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(tǒng)實現(xiàn)了降水、氣溫、日照時數(shù)等要素分析。其中降水分析包括任意時段降水量、降水日數(shù)、降水量大于某界限(降水量)的日數(shù)、連續(xù)降水日數(shù)、連續(xù)無降水日數(shù)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(shù)、最高氣溫持續(xù)日數(shù)、最低氣溫日數(shù)、最低氣溫持續(xù)日數(shù)、穩(wěn)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(shù)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(jiān)測評價系統(tǒng)

實時氣候監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)主要對全省常規(guī)及中尺度自動氣象站當日氣溫、濕度、降水、風等要素進行監(jiān)測,經(jīng)與歷史值的比較,判斷是否有極端天氣出現(xiàn)。

該系統(tǒng)可依據(jù)事先設置的時間,實現(xiàn)每日自動監(jiān)測功能,同時也具有任意指定日期監(jiān)測功能,并能自動形成診斷報告。該系統(tǒng)顯示形式有圖形、文本、表格等形式,用戶可依據(jù)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(jiān)測分析

浙江省氣象災害種類繁多,在全國發(fā)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(fā)生,且影響范圍廣,出現(xiàn)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(nèi)陸與海島,山區(qū)與平原,城市與鄉(xiāng)村,都有氣象災害。

為了便于分析,診斷各種氣象災害的發(fā)生、發(fā)展,進行監(jiān)測預警,我們對多種氣象要素進行了統(tǒng)計分析,根據(jù)氣象要素的量值及區(qū)域分布確定了十多種氣象災害指標,在本系統(tǒng)中根據(jù)這些氣象災害指標,實現(xiàn)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(jiān)測分析,系統(tǒng)通過不同的分析手段對歷史或實時的8種氣象災害的發(fā)生發(fā)展進行分析評價,其中干旱、洪澇分析實現(xiàn)了多種分析評價方法。

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

3 系統(tǒng)業(yè)務應用

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

該系統(tǒng)基于中尺度站資料和常規(guī)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(tǒng)中數(shù)據(jù)庫和提供應用服務的COM組件、GIS組件可以提供給其它開發(fā)人員用于二次開發(fā)。

4 結 語

該業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫包含了中尺度站及常規(guī)氣象站的所有要素以及統(tǒng)計數(shù)據(jù),可以全面提供及精細化地分析實時天氣氣候特征;氣候監(jiān)測分析系統(tǒng)對氣象資料分析內(nèi)容全面,尤其是本業(yè)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(chǎn)品更加直觀與準確;氣象災害分析系統(tǒng)提供的災害監(jiān)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(jiān)測能力。

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

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

[3] 張 強,莊麗莉,王有名,等.旱澇氣候監(jiān)測、預警分析業(yè)務系統(tǒng)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(qū)氣溫空間模擬方法.山地學報,2002,20(3)：360-364.