臨夏州氣象基礎數據支撐系統(tǒng)研究

羅鵬斌 祁曉龍 孫玉蓮

摘要 數據存儲技術經歷了從手工管理到文件管理、再到數據庫管理系統(tǒng)3個階段，數據庫技術中關系數據庫占據了主要地位。針對氣象行業(yè)A文件所存儲的歷史數據的管理和共享問題，應用Visual Studio、C#語言的開發(fā)環(huán)境，利用SQL Server 2008數據庫技術實現信息共享，建立詳細的歷史資料數據庫，將A文件數據進行統(tǒng)一入庫，實現各類天氣情況的歷史查詢、統(tǒng)計、顯示、導出，為以后氣候分析、氣象災害風險評估等提供基礎數據支撐。

關鍵詞 氣象基礎數據；支撐系統(tǒng)；數據庫；軟件設計；甘肅臨夏

中圖分類號 P409 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0241-03

Abstract There are three stages in data storage technology，from manual management to document management，and then to database management systems. In database technology，the relational database occupies a major position. Aiming at the managements of stored historical data，issues of the meteorological industry A File were shared，and the Visual Studio，C# language development environment were implicated. To establish detailed database of historical data，information sharing was achieved by SQL Server 2008 depended on applying database. The A File data will be put in storage uniformly to achieve all kinds of weather conditions′ historical inquiry，statistics，and display，export for providing basic data support on the climate analysis，meteorological disaster risk assessment and etc in future.

Key words meteorological basic data；support system；database；software design；Linxia Gansu

現在社會經濟飛速發(fā)展，對氣象要素、各種氣象極值及氣象服務產品的質量要求越來越高。氣象是為當地政府及農業(yè)生產服務的，目前提供預報服務產品還是靠傳統(tǒng)的手工抄錄資料、手工計算等。制作起來不僅慢，還存在不準確、繁瑣、氣象產品供給性不及時等現象。氣象信息的傳遞與經濟飛速發(fā)展及農業(yè)生產實際需求存在差距。缺少多樣性和針對性，這與越來越精細化的農業(yè)生產管理要求極不相適應。因此，再按老套路的辦法手工抄錄資料、手工計算等制作服務產品，勢必跟不上形勢發(fā)展的需要，這就要求氣象工作者改變現狀，制作出一套既快又便捷的制作服務產品的系統(tǒng)，依靠科技進步改善氣象信息的準確性。

臨夏州氣象災害占到自然災害的86%以上，主要是干旱、晚霜凍、冰雹、雷陣雨、大風、大（暴）雨等，其發(fā)生的頻率高，危害的范圍廣，特別是對農業(yè)生產、農業(yè)設施、水資源、生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的影響，因此隨著氣象災害風險評估的需求日益增長，建立一個詳細的歷史資料數據庫（資料來源是各縣市A文件數據），將A文件數據進行統(tǒng)一，實現各類天氣情況的歷史查詢、統(tǒng)計、導出，為以后氣候分析、氣象災害風險評估提供基礎數據支撐具有重大的意義[1-2]。

1 開發(fā)環(huán)境與開發(fā)語言

應用Visual Studio、C#語言的開發(fā)環(huán)境。利用SQL Server 2008將結構化、半結構化和非結構化文檔的數據直接存儲到數據庫中。對數據進行查詢、搜索、同步、分析和導出操作。

2 數據整理和軟件設計

2.1 A文件結構分析

A文件是氣象部門以文本格式存儲每月氣象數據的文件，1個A文件存儲1個站點1個月的氣象數據，是氣象上最早存儲氣象資料的方式之一，這種方式直到目前還在使用。它從手工制作到自動化形成大體分3個階段：第一階段是1951—1980年，這個階段主要是以手工制作為主，主要存儲的是每天3次觀測（8：00、14：00、20：00）的數據及一些日數據；第二階段是1980—2005年，是手工制作向自動化推進的發(fā)展階段，主要存儲的是每天4次觀測（2：00、8：00、14：00、20：00）的數據及一些日數據、最值；第三階段為2006年到現在，這個階段其格式正式規(guī)范化、精細化，制作進入純自動化，主要存儲的是每個小時觀測的數據以及一些日數據、最值及其出現時間。A文件經過了以上3個階段改革在格式上有著很大的不同，如果要將這些寶貴的數據存儲到統(tǒng)一的數據庫中，對分析歷年A文件存儲格式至關重要[3]。

從表1可以看出，A文件格式上雖有著很大不同，但是它卻有著很強的規(guī)律性，總體來看它的數據存儲可以分成2類，第一類是小時數據存儲，存儲的是特定某個小時的數據，它的變化規(guī)律是從定時化向著每小時化變化，總的趨勢是從8：00、14：00、20：00到2：00、8：00、14：00、20：00再向00：00—23：00變化的；第二類是日數據，即1 d只有1個觀測數據，如每天的最大值、最小值、蒸發(fā)、日照等要素數據。下面歸類了這2類數據的成員組成：小時數據包括氣壓、氣溫、降水、相對濕度、水汽壓、露點溫度、風、地溫、深層地溫、云、日照、能見度等。日數據包括蒸發(fā)、日照、雪、凍土、天氣現象、最值出現時間、夜晚降水、白天降水、日降水等。

結合上述，如何把3次（8：00、14：00、20：00）、4次（2：00、8：00、14：00、20：00）及24 h觀測的數據進行統(tǒng)一，就要把A文件格式變化分成2個階段：一個是3次觀測；另一個是4次和24 h觀測。由此格式轉換上就有了很清晰的思路，首先可以通過年代判斷是3次觀測階段還是4次或24 h觀測階段；然后確定好A文件中所包含的信息量，設定好時間；最后通過符號所代表的氣象要素及其格式讀取相應的數據，對照表1和2類數據的各要素組成把數據放入到相應的數據存儲空間。

2.2 數據庫設計

SQL Server 2008在Microsoft的數據平臺上發(fā)布，可以組織管理任何數據[4]?？梢詫⒔Y構化、半結構化和非結構化文檔的數據直接存儲到數據庫中。可以對數據進行查詢、搜索、同步、報告和分析之類的操作。數據可以存儲在各種設備上，從數據中心最大的服務器一直到桌面計算機和移動設備，它都可以控制數據而不用管數據存儲在哪里。在這里通過A文件的結構分析結果建立相應的數據庫。分析A文件格式，A文件中存在2種類型數據，一類是小時數據，一類是日數據，并且這2類數據由不同氣象要素組合，根據不同數據類型設計合理的數據存儲空間結構。

2.2.1 小時數據。小時數據項組成：站點編號、日期、氣壓、氣溫、降水、相對濕度、水汽壓、露點、溫度、2 min風向、2 min風速、10 min風向、10 min風速、0 cm地溫、5 cm地溫、10 cm地溫、15 cm地溫、20 cm地溫、40 cm地溫、80 cm地溫、160 cm地溫、320 cm地溫、云狀、總云量、低云量、日照、能見度等。數據表ID：dbo.Per_day_data。數據來源：A文件。數據入庫方式：應用軟件轉換入庫。簡述：4次觀測，每天4組數據；每小時觀測，每天24組數據。

2.2.2 日數據。日數據項組成：站點編號、日期、蒸發(fā)、日照、雪深、雪壓、第一凍土層上限、第一凍土層下限、第二凍土層上限、第二凍土層下限、天氣現象、最大氣壓、最大氣壓出現時間、最小氣壓、最小氣壓出現時間、最高氣溫、最高氣溫出現時間、最低氣溫、最低氣溫出現時間、最小相對濕度、最小相對濕度出現時間、10 min最大風風向、10 min最大風風速、10 min最大風出現時間、10 min極大風風向、10 min極大風風速、10 min極大風出現時間、0 cm地溫最高、0 cm地溫最高出現時間、0 cm地溫最低、0 cm地溫最低出現時間、夜晚降水、白天降水、降水日合計等。數據表ID：dbo.Per_day_data。數據來源：A文件。數據入庫方式：應用軟件轉換入庫。簡述：一天一組數據，以天為周期[5-6]。

2.3 軟件功能制作

隨著氣象觀測的自動化，數據文件的規(guī)范化、詳細化，作為存儲觀測數據的A文件已經不方便進行數據查詢統(tǒng)計了；除此之外，規(guī)范前的A文件數據格式和規(guī)范后的A文件數據格式有著很大的差異，以前的一些查詢統(tǒng)計軟件已經不能夠實現一些關鍵性的功能，因此開發(fā)一個新的應用平臺來實現數據的整理（建立一個的專門的數據庫來存儲A文件的數據）、查詢、統(tǒng)計、導出等功能是很有必要的。

2.3.1 A文件轉換與入庫。1950—2004年的A文件，格式上有著或多或少的變化，2005年以后隨著A文件的規(guī)范化和數據的詳細化，文件格式又有大的變化，因此把A文件數據格式進行轉換入庫是本平臺的基本功能，也是核心功能之一（圖1）。

A文件數據轉換入庫功能模塊：一是實現A文件數據的讀取，統(tǒng)一數據格式并把統(tǒng)一后的數據在表格中顯示；二是把統(tǒng)一后的數據導入到建立好的數據庫中；三是制作管理員的權限，即當用戶只能在登錄上管理員后才能應用這個功能。模塊界面如圖2～4所示。

2.3.2 查詢、統(tǒng)計、顯示、導出。查詢：通過SQL語言，根據設定的站點、時間從數據庫中查詢符合條件的數據并存入表格。統(tǒng)計：第1種方式是直接通過查詢出來的數據，做合計、篩選、歸類、降序、升序處理得出所需要的結果；第2種方式是在數據庫中直接檢索結果數據。顯示：數據以表格的格式顯示，以柱狀圖、折線圖、曲線圖、玫瑰圖直觀顯示數據發(fā)展趨勢。導出：存在表格中的數據可以導出到Excel中，便于以后處理。表2詳細敘述了平臺實現的功能。

3 結語

建立了易于存取、查詢、檢索的數據庫，實現對數據的統(tǒng)一管理。把A文件數據無差錯的轉換導入到了建立好的數據庫中，更好地保存了這些數據。為了能夠方便運用這些數據，制作了相應的應用軟件實現各類氣象數據的查詢、統(tǒng)計、顯示、導出等功能，為以后氣候分析、氣象災害風險評估等工作提供了很好的數據支撐和方便。

4 參考文獻

[1] 宋昆，李嚴.SQL Server數據庫開發(fā)實例解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 李俊民，高春燕.Access數據庫開發(fā)實例解析[M].北京：機械工業(yè)出版，2006.

[3] 王石.精通Visual C# 2005：語言基礎、數據庫系統(tǒng)開發(fā)、Web開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4] 張威.C#語言基礎教程[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[5] 王若曈，黃向東，張博，等.海量氣象數據實時解析與存儲系統(tǒng)的設計與實現[J].計算機工程與科學，2015（11）：2045-2054.

[6] 黃銳，任偉穎，藍天飛.人工讀取區(qū)域自動氣象站存儲數據的方法與技巧[J].氣象水文海洋儀器，2015（2）：87-90.