用Surfer繪制區(qū)域站等值線圖

房淑波,張建磊，翟向東,馮 琦

（1.綏化市氣象局,黑龍江 綏化 152002；2.中國氣象局，北京 100081）

1 引言

區(qū)域自動氣象站是一種適用于中小尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測的無人自動站。隨著氣象現(xiàn)代化的發(fā)展，區(qū)域自動氣象站已成為氣象綜合觀測站網(wǎng)的重要組成部分，其數(shù)據(jù)對提高天氣預(yù)報水平、氣象服務(wù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警等發(fā)揮著重要的作用。而其中區(qū)域站各要素等值線圖對預(yù)報、決策人員有著很大幫助。在眾多繪圖軟件中，Surfer最為方便實用，Surfer是一款十分流行的二、三維數(shù)據(jù)處理和顯示軟件，在氣象業(yè)務(wù)中得到廣泛的應(yīng)用，其視圖功能強大，等值線圖繪制是其主要的功能，軟件操作使用方便，是平時制作氣象數(shù)據(jù)等值線常用的一款最為方便實用的軟件。

2 區(qū)域站數(shù)據(jù)的引用

區(qū)域自動氣象站主要有風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、降雨量4要素觀測。目前黑龍江省的區(qū)域氣象自動站查詢軟件是華創(chuàng)公司開發(fā)的CAWSAnyWhereServer軟件，在實際業(yè)務(wù)使用中存在數(shù)據(jù)檢索功能單一，不能對任意時段要素繪制等值線圖等問題。為充分利用區(qū)域自動氣象站豐富的氣象資料，結(jié)合實際業(yè)務(wù)工作的需要，有必要對區(qū)域自動氣象站數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和存儲方式進(jìn)行分析，并對其數(shù)據(jù)的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行探討。

(1)區(qū)域站數(shù)據(jù)庫的連接。目前區(qū)域站數(shù)據(jù)存儲在各市局服務(wù)器中，在客戶端可以通過Adodb組件加以連接，provider屬性串格式如下：

Provider=SQLOLEDB.1;

Persist Security Info=True;

User ID=用戶名;

Password=密碼;

Initial Catalog=CAWSAnyWhereServer;

Data Source=221.210.188.66,1443

其中CAWSAnyWhereServer為區(qū)域站數(shù)據(jù)庫名，221.210.188.66,1433為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器地址，端口號。

（2）確認(rèn)數(shù)據(jù)表名。建立數(shù)據(jù)連接后，可以通過select*from sysobjects語句查詢庫內(nèi)表的名稱，區(qū)域站軟件更新升級后，改變了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，每個站點對應(yīng)數(shù)個表，表名格式：H字母開頭為該站小時數(shù)據(jù)，M字母開頭為該站分鐘數(shù)據(jù)，后5位是區(qū)站號。如果要一次查詢多個站點，要一次循環(huán)打開多個表。

（3）確認(rèn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。可以通過 select name from syscolumns where id in (select id from sysobjects where name='表名')語句查詢各表結(jié)構(gòu)，以小時數(shù)據(jù)表為例，各站表結(jié)構(gòu)是一致的，TT表示觀測時間，BA表示小時雨量。

（4）查詢?nèi)我鈺r段數(shù)據(jù)。對各站任意時段小時數(shù)據(jù)合計查詢，關(guān)鍵SQL語句見下：

SELECT sum(BA)FROM站小時數(shù)據(jù)表where(TT>'開始時間')and(TT<=‘結(jié)束時間’)。

3 Surfer軟件的應(yīng)用

用Surfer繪圖一般要經(jīng)過以下幾個步驟：

（1）繪制底圖。底圖一般為當(dāng)?shù)厥噶扛袷?，可以從micaps軟件相關(guān)目錄中找到本省地圖加以修改，地圖文件為文本文件，第一行第一項為地圖中點的個數(shù)，第二項為0；以下各行為地圖數(shù)據(jù)，由經(jīng)緯坐標(biāo)組成。

（2）網(wǎng)格化。網(wǎng)格化前要準(zhǔn)備好要素數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件的格式為文本文件，每行最少要有3項數(shù)據(jù)：經(jīng)度、緯度、要素值。操作前注意設(shè)置網(wǎng)格范圍要與底圖大小相同。選好網(wǎng)格化方法后生成網(wǎng)格文件。

（3）白化。白化的目的是使超出本地區(qū)范圍以外的部分不畫等值線，白化需要準(zhǔn)備白化地圖，此地圖也是矢量地圖，為本地區(qū)的輪廓，要求輪廓線連續(xù)并封閉，即整個地圖是一條首尾相連的連線。將上步生成的網(wǎng)格文件通過白化地圖白化操作，生成新的網(wǎng)格文件，文件中本地區(qū)以外的部分，Surfer就不會繪制等值線了。

（4）繪制等值線。加載白化后的網(wǎng)格文件，繪制等值線，并給等值線填色等。

（5）疊加。Surfer還提供了張貼圖功能，可以將離散站點數(shù)據(jù)顯示在地圖上。建立張貼圖需要準(zhǔn)備文本格式文件，格式為每行最少3項數(shù)據(jù):經(jīng)度、緯度、待顯示內(nèi)容。

4 編制程序

4.1 環(huán)境設(shè)置

Surfer軟件安裝后，就可以通過引用它提供的控件編制程序繪制等值線圖了，對控件的引用如下：

var SurferApp=new ActiveXObject(“Surfer.Application”);

var doc=SurferApp.Documents.Add(1);

4.2 數(shù)據(jù)文件的設(shè)定

編寫Surfer程序，涉及到的數(shù)據(jù)文件較多，一般有3個文件是固定不變的：地圖文件、白化地圖文件、站點索引文件，站點索引文件中最少要包含區(qū)站號、經(jīng)度、緯度3個字段內(nèi)容。動態(tài)生成的文件包括：

（1）通過站點索引文件中的區(qū)站號索引訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，形成的站點要素文件。文件中最少要包含經(jīng)度、緯度、要素值，該文件的形成需要訪問區(qū)域站數(shù)據(jù)庫，是整個過程的關(guān)鍵，Surfer用該文件生成網(wǎng)格文件。

語句執(zhí)行后，將形成的數(shù)組保存到站點要素文件中，以待下步執(zhí)行。

（2）網(wǎng)格化生成的未白化網(wǎng)格文件。網(wǎng)格化是繪制等值線的關(guān)鍵步驟，需要準(zhǔn)備上步動態(tài)生成的站點要素文件，在Surfer中網(wǎng)格化是通過GridData函數(shù)調(diào)用的，Grid-Data函數(shù)參數(shù)較多，其中幾個主要參數(shù)含義為：

DataFile：氣象站點要素文件;xCol,yCol,zCol：坐標(biāo)及要素值在數(shù)據(jù)文件中的位置;NumCols,NumRows：插值時的總行數(shù)、列數(shù);xMin,xMax,yMin,yMax：大小范圍，應(yīng)該同底圖的范圍相同;Algorithm：插值方法。NumCols,NumRows參數(shù)值越大，等值線越流暢，等值線層邊緣越光滑，但速度也越慢。針對不同類型的氣象要素，應(yīng)該選擇不同的插值方法。

（3）白化后的網(wǎng)格文件。調(diào)用相關(guān)方法：SurferApp.GridBlank(未白化網(wǎng)格文件,白化地圖文件,白化后網(wǎng)格文件);語句執(zhí)行后生成的白化后網(wǎng)格文件。之后調(diào)用Add-ContourMap語句繪制等值線圖層，參數(shù)為白化后的網(wǎng)格文件。

（4）用于顯示站點要素值的張貼圖文件。Surfer張貼圖用于顯示區(qū)域站點名稱、站點要素值等，每顯示一類要新建一動態(tài)文件，所需的文件格式最少為3個字段：經(jīng)度、緯度、待顯示值。經(jīng)度、緯度從站點索引文件中得到，待顯示值則需要訪問區(qū)域站數(shù)據(jù)庫得到。通過方法AddPostMap,將要素值加到新的張貼圖層中。最后疊加各個圖層，輸出等值線圖片。

4.3 數(shù)據(jù)的篩選

氣象要素數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響繪制等值線的效果，因此有必要在繪制等值線前對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，最簡單的篩選是剔除缺測站點，參與繪制等值線的站點要素文件不應(yīng)該包含缺測站點。

4.4 Web服務(wù)程序的編寫

可以考慮在服務(wù)器端架設(shè)Web服務(wù)器，在服務(wù)器端安裝Surfer軟件，客戶端只需瀏覽器即調(diào)用圖形了。如用ASP編程，需要在服務(wù)器端降低客戶訪問Surfer控件的權(quán)限，PHP編程則不需要設(shè)置。

為提高效率，將輸出的圖片文件名設(shè)為查詢時間段，客戶端第一次查詢某時段后生成圖片文件，下次再有訪問，程序先檢測目錄里是否有該時段圖片，如有則直接顯示圖片，省略運算過程。程序還應(yīng)在客戶訪問時檢查刪除早期圖片文件，保持固定的圖片數(shù)目。