廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)的設計研發(fā)

黃榮成，趙金彪，曾小團，鐘祥平

（廣西區(qū)氣象臺，南寧，530022）

廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)的設計研發(fā)

黃榮成，趙金彪，曾小團，鐘祥平

（廣西區(qū)氣象臺，南寧，530022）

為滿足省、市、縣三級臺站海洋氣象預報服務需求，基于WebGis網絡技術研發(fā)了廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)，系統(tǒng)具有功能豐富、綜合信息量大、高度集約化、便于維護管理等特點，主要功能包括海洋災害性天氣監(jiān)測、臺風監(jiān)測預報、海洋精細化預報制作、海洋綜合預報產品展示、數值產品瀏覽、預報質量檢驗等，對海洋氣象服務所需的信息資源和預報業(yè)務流程進行了充分整合，對提高廣西海洋氣象服務水平有重大促進作用。

海洋氣象；WebGis；監(jiān)測預警；系統(tǒng)設計

引言

隨著北部灣經濟開發(fā)區(qū)國家戰(zhàn)略的實施，廣西北部灣沿海經濟取得了長足發(fā)展。然而北部灣地區(qū)大氣/海洋災害頻繁發(fā)生，近海則表現為風、浪和風暴潮相結合引起的災害，近岸則主要表現為風與暴雨以及暴雨引起的洪水和由其誘發(fā)的滑坡、塌方、泥石流等災害［1］，北部灣沿海經濟建設受到嚴重影響，準確及時的海洋氣象預報服務顯得尤其重要。近年來，廣西積極投入海洋氣象監(jiān)測網建設，建成了多個海島自動觀測站、浮標站、梯度風觀測塔和沿海新一代天氣雷達等投入業(yè)務使用，如何充分應用這些新型資料以提高海洋氣象預警水平成為關鍵。李滿［2］等開發(fā)了廣西氣象數據共享平臺，極大方便了資料的研究和應用，黃永璘［3］、梁維亮［4-5］和曾鵬［6］等將GIS技術應用于廣西山洪和地質災害監(jiān)測預警平臺開發(fā)中，取得良好的業(yè)務效益。通過借鑒前人研發(fā)經驗［7-9］，本研究以海洋氣象基礎數據庫為支撐，采用WEBGIS技術［10-13］開發(fā)廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)，囊括了臺風監(jiān)測、天氣實況監(jiān)測預警、精細化預報制作、海洋綜合預報產品展示、數值預報產品展示、海洋災害性天氣風險評估、預報質量檢驗、業(yè)務文件管理等基本功能，實現海洋災害天氣自動識別報警、全區(qū)海洋氣象數據共享及港口、海島、航線精細化要素預報產品的集約化制作和發(fā)布，規(guī)范了海洋預報業(yè)務流程，具有信息集成度高、表現形式多樣、操作功能豐富、易于維護和擴充等特點，并銜接全國海洋氣象信息業(yè)務共享平臺，為全區(qū)海洋氣象業(yè)務高效運行、管理和業(yè)務流程優(yōu)化提供了重要支撐。

1　設計思路及架構

1.1設計思路

系統(tǒng)設計遵循四大原則，第一易用性原則，方便上網用戶瀏覽和操作，最大限度地減輕業(yè)務人員的負擔，做到既要符合預報員習慣，又要能簡單快捷處理所有業(yè)務；第二，業(yè)務完整性原則，對于業(yè)務進行中的特殊情況能夠做出及時、正確的響應，保證業(yè)務數據的完整性；第三，業(yè)務規(guī)范化原則，在系統(tǒng)設計的同時，也為將來的業(yè)務流程制定了較為完善的規(guī)范，具有較強的實際操作性；第四，可擴展性原則，系統(tǒng)設計要考慮到業(yè)務未來發(fā)展的需要，要盡可能設計得簡明，各個功能模塊間的耦合度小，便于系統(tǒng)的擴展。如果存在舊有的數據庫系統(tǒng)，則需要充分考慮兼容性。

基于氣象數據格式不同的情況，系統(tǒng)設計可從標準的Diamond格式的數值預報產品文件中獲取數值預報產品結果，并以地圖方式展示不同數值預報產品預報結果，能夠解析MICAPS格式、grads格式、grib2格式數值預報產品結果。根據不同預報產品采用色斑圖、流線圖、格點標注等方式展示預報產品結果。

1.2系統(tǒng)架構

廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)以海洋氣象服務需求為牽引，以氣象信息數據庫為支撐，采用當前主流的計算機應用技術開發(fā)，以WEBGIS技術方式進行展示，建立以網絡傳輸方式為途徑的海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)。其框架按照區(qū)市縣三級臺站業(yè)務分工及業(yè)務流程進行了科學設計和布局，建立起基于WEB網絡技術的海洋氣象預報預警業(yè)務服務系統(tǒng)，實現了臺風監(jiān)測預警、沿海天氣實況監(jiān)測預警，精細化預報制作，海洋綜合預報預警產品展示、數值預報產品展示及其他信息的共享和快速反饋，系統(tǒng)架構如圖1a、b（見彩頁），從而具備上下級臺站災害天氣實時聯(lián)防、預報預警人機交互制作、科技成果集成應用和決策服務信息發(fā)布等功能。

系統(tǒng)服務器布設于省級臺站，通過網絡傳輸，市縣臺站使用IE瀏覽器就能登錄系統(tǒng)平臺客戶端，并可通過平臺進行海洋氣象相關監(jiān)測及預報分析，產品制作等，這樣一方面能夠充分發(fā)揮省級臺站的技術優(yōu)勢，另一方面又能將市縣預報人員從系統(tǒng)平臺維護中解脫出來，節(jié)省了人力物力。系統(tǒng)平臺的部署采用了雙機熱備技術，配備兩個刀片式服務器和一個磁盤陳列作為集群，若當前運行服務器發(fā)生故障時，集群系統(tǒng)可以把IP、業(yè)務等資源切換到備用服務器上，確保廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)能連續(xù)對外提供服務，可靠性得到極大提高。

2　系統(tǒng)主要功能

2.1臺風監(jiān)測預報

臺風監(jiān)測包括廣西臺風實時監(jiān)測預報服務系統(tǒng)以及中國臺風網等臺風信息共享網頁鏈接。其中的廣西臺風實時監(jiān)測預報服務系統(tǒng)是廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)開發(fā)項目的重要組成部分，其主要功能有：臺風實時信息監(jiān)視（臺風管理）、風雨實況、極值統(tǒng)計、天氣形勢同步、預報評估、臺風路徑強度預報、臺風預報檢驗等（圖2，見彩頁），其中臺風信息監(jiān)視頁面同時顯示了各主要臺風模式的預報產品，通過將實況和模擬結合，預報員便于分析臺風未來走向及強度變化情況，界面背景地圖可通過鼠標滾輪放大縮小，操作極為人性化。臺風管理則提供了點、線、區(qū)域三種方式及按年、月快速查詢歷史相似個例臺風。臺風預報界面提供了預報查詢、報文讀取、截圖輸出、打印報文、撤銷、保存等按鈕，通過表格式的輸入臺風路徑、強度信息然后一鍵式分發(fā)，為預報員制作臺風預報提供了極大便利。

2.2天氣實況監(jiān)測預警

天氣實況監(jiān)測預警模塊主要是包含了災害性天氣監(jiān)測、天氣實況要素、浮標站要素及衛(wèi)星云圖、雷達等氣象綜合信息查詢。災害性天氣監(jiān)測及天氣實況要素查詢主要是通過設定強降水、最大風速、能見度、最高溫度等閾值以實時監(jiān)測廣西海區(qū)及境內災害性天氣分布情況，通過點擊災害天氣圖標可以得到該類天氣在該站點的逐小時分布圖，同時在右側將監(jiān)測到的災害天氣統(tǒng)計站數以列表形式列出。浮標站要素查詢以表格形式和要素綜合時序圖展示浮標站每隔10分鐘一次的實時海洋氣象資料信息。衛(wèi)星云圖、雷達回波監(jiān)控預警及氣象信息綜合平臺等是通過連接形式接入到海洋氣象預報預警系統(tǒng)的，方便業(yè)務人員分析觀測資料，開展海洋精細化預報服務。

2.3精細化預報制作

精細化預報制作平臺是基于GIS開發(fā)的平臺，主要界面如圖3（見彩頁）所示。平臺同樣是以網頁訪問登錄方式在高分辨率地理信息上實現，在該平臺上各級臺站能夠制作完成所轄沿岸海區(qū)和港口、島嶼氣象要素精細化預報產品，統(tǒng)一保存入庫評分檢驗。為滿足不同預報員制作喜好，平臺設置了兩種產品制作方式，一種為在左側浮動窗口上填上相應的要素值后直接在地圖上繪制落區(qū)，一種為表格方式進行要素填寫。產品制作完成后，將在地圖上顯示相應的圖標和數值，方便預報員進一步檢查訂正。另外，該平臺提供了多種海洋格點化數值預報產品參考，市級臺站也可以導入參考區(qū)臺、中央臺的指導預報產品，并以指導產品為初始場進行進一步訂正、上傳，真正體現逐級指導的預報產品集約化制作流程，確保預報結論上下一致，統(tǒng)一對外開展相關預報服務。

2.4其它主要子系統(tǒng)功能簡介

海洋綜合預報產品主要是集中展示中央臺、區(qū)臺、市臺海區(qū)（港口）預報結果及EC細網格、NWPA等海浪模式產品，供預報人員參考使用。

數值預報產品包括了本地運行模式、華南區(qū)域海洋模式、單站要素（剖面）等模式客觀分析產品，按照預報員分析習慣，將海洋氣象預報預警常用物理量信息列為菜單，預報員可以按需要調用，分析形勢特征。

災害性天氣個例則提供了海上大風、海霧、風暴潮等個例的檢索以及近海大霧、臺風暴雨、暖區(qū)暴雨等天氣預報概念模型，為預報員查找類似個例以及掌握典型海洋災害性天氣概念模型提供學習平臺，幫組提高海洋氣象預報水平。

預報質量檢驗分為臺風預報質量實時檢驗及沿海城鎮(zhèn)天氣預報質量檢驗兩部分。臺風預報質量檢驗是針對各級臺站對所有影響臺風路徑、強度預報的業(yè)務考核評分；沿海城鎮(zhèn)天氣預報質量檢驗包含了所轄海區(qū)和港口、航線站點要素預報評分，方便預報員查找誤差偏向，對預報結論進行進一步訂正。

3　系統(tǒng)的總體技術框架

3.1氣象信息數據庫

支撐廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)的氣象信息數據庫由分布在廣西氣象寬帶局域網上多個MicrosoftSQLServer2005數據庫組成，包括臺風信息數據庫、自動站數據庫、水情數據庫、預報產品數據庫等?；跉庀髷祿鎯α糠浅４蟮奶攸c，分別布置不同數據庫管理不同的氣象數據，便于數據管理和維護，系統(tǒng)設計使用了MicrosoftSQL Server2005的分區(qū)表技術來提高性能，分區(qū)表是把數據按某種標準劃分成區(qū)域存儲在不同的文件組中，從而可以快速有效地訪問和管理數據子集。

3.2系統(tǒng)研發(fā)采用的主要技術

本系統(tǒng)前端主要采用北京軒程通達科技有限公司的STFNet富客戶端框架以及Flex版本的STGis前端。海區(qū)預報制作在STGis客戶端基礎上擴展，采用Flex+WebService技術方式實現。系統(tǒng)所涉及到的等值線算法、Diamond格式數據處理算法等各種均采用北京軒程通達科技有限公司自主研發(fā)的算法。系統(tǒng)開發(fā)不涉及任何第三方非授權組件。

本系統(tǒng)后臺采用基于.Net架構，主要基于Java的B/S架構開發(fā)，相關算法部分模塊采用C/C++開發(fā)，GIS采用北京軒程通達科技有限公司的STGis平臺。Web前臺應用采用基于北京軒程通達科技有限公司STFNet For Java的RIA框架開發(fā)。WebGis前端采用基于Flex的STGis Client客戶端模塊。應用接口采用基于.Net Remoting技術開發(fā)。平臺服務器采用Tomcat作為WebServer；地圖數據采用Google地圖數據。

4　結論與討論

研發(fā)的廣西海洋氣象預報預警服務系統(tǒng)具有功能豐富、綜合信息量大、高度集約化的特點，整合了可用資源和技術力量，可滿足當前區(qū)、市、縣三級臺站的海洋氣象服務需求，為基層臺站提供了便捷的服務平臺；服務器維護由省級專業(yè)技術力量維護，預報員只在網頁客戶端上操作，消除了之前平臺散亂預報員既要維護平臺又要制作服務產品的情況，減少了各級臺站之間的低水平重復勞動，既節(jié)省了人力物力，又使得預報員能夠將更多精力投入到提高海洋氣象服務產品質量和預報技術方法研發(fā)上；系統(tǒng)制作生成的服務產品各式與舊平臺的保持一致，保證了服務產品的通用性。

目前系統(tǒng)平臺在預報產品制作方面上主要依靠預報員主觀分析制作，還缺乏格點化客觀預報產品和要素訂正方法及工具的支撐，有待于在今后工作中加大海洋氣象預報預測方法研究，找出預報指標形成程序化自動參考，同時還應加強海洋數值模式開發(fā)力度，提供更多高時空分辨率的精細化數值預報產品，以滿足海洋氣象精細化服務需求。

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Design of marine meteorology forecasting and early warning system

Huang Rong-cheng，Zhao Jin-biao，Zeng Xiao-tuan，Zhong Xiang-ping
（Guangxi Meteorological Observatory，Nanning Guangxi，530022）

Based on WebGis network technology，Guangxi Marine Meteorological forecasting and early warning system has been designed to meet the demand on marine meteorological service of the stations in provincial，city and county level.The system has many advantages，such as:rich function，large amount of comprehensive information，high intensification，maintenance friendly and so on.Its main functions include marine severe weather monitoring，typhoon monitoring and forecasting，marine fine forecast and marine comprehensive production display，numerical forecast products browsing，the inspection on quality of forecast.This system adequately integrates the information resources required for the Marine meteorological service，and plays a significant role in improving the level of the marine meteorological services of Guangxi.

marine meteorology；webgis；forecasting and early warning；system

P49

A

1673-8411（2016）02-0012-04

2016-02-20

廣西氣象局重點研究項目（201103）；廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目（桂科攻10123009-8）；廣西精細化預報服務創(chuàng)新團隊。

黃榮成（1982-），男，廣西桂林人，碩士，天氣氣候工程師；主要從事天氣預報技術開發(fā)與系統(tǒng)維護。