基于GIS的湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺研制及應(yīng)用

吳 彬，李艷芳*，劉雙喜，陳中赟，駱麗楠，吳亞嵐

（1.湖州市氣象局，浙江 湖州 313000；2.安吉縣氣象局，浙江安吉 313300）

基于GIS的湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺研制及應(yīng)用

吳 彬1，李艷芳1*，劉雙喜1，陳中赟1，駱麗楠1，吳亞嵐2

（1.湖州市氣象局，浙江 湖州 313000；2.安吉縣氣象局，浙江安吉 313300）

結(jié)合湖州特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣象服務(wù)的需要，利用C#編程語言開發(fā)了湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，該平臺集氣象與農(nóng)情信息監(jiān)測、災(zāi)害識別和預(yù)警、精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品顯示、數(shù)據(jù)查詢和管理等功能于一體，有效地提升了湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)能力，同時也可為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；氣象與農(nóng)情信息監(jiān)測；精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品；氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警

近幾年來，氣候異常多變已經(jīng)成為全球關(guān)注的重大問題，頻繁發(fā)生的氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失往往十分巨大，嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速、穩(wěn)健發(fā)展。高溫干旱、低溫冰凍、連陰雨、暴雪、大風(fēng)等氣象災(zāi)害多發(fā)，尤其對特色農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)影響很大。湖州集山川、丘陵、平原、水鄉(xiāng)為一體，農(nóng)業(yè)資源豐富，以糧油、蠶桑、水產(chǎn)、畜牧、林業(yè)、茶果等特色經(jīng)濟(jì)作物為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。為避免或減輕氣象災(zāi)害對特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，建立相應(yīng)的氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警平臺顯得尤為重要。

目前國內(nèi)不少專家在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)方面做過不少研究，并且也取得了一定的成果［1-8］。但是這些農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)的研究從業(yè)務(wù)化和關(guān)鍵技術(shù)等方面來看，還存在不少值得改進(jìn)的地方，主要表現(xiàn)在：一是大量農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警技術(shù)還僅處在研究階段，還很難直接業(yè)務(wù)化；二是現(xiàn)有的系統(tǒng)大多應(yīng)用傳統(tǒng)的統(tǒng)計模型或經(jīng)驗?zāi)Ｐ?；三是?zāi)害指標(biāo)相對較粗，不能完全適用于地方特色作物；四是基于精細(xì)化天氣預(yù)報的特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警技術(shù)還不多見。鑒于上述情況，有必要研制一套針對地方特色農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警平臺，以便為特色農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供有針對性、實用性和科學(xué)性的技術(shù)支撐；同時，這對合理利用氣候資源，發(fā)展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，加快提升特色農(nóng)業(yè)的抗災(zāi)害能力等均有重要意義。

1 平臺設(shè)計

該平臺基于.Net框架，在微軟集成開發(fā)環(huán)境VisualStudio2010下，按照C#編程語言標(biāo)準(zhǔn)編寫，為了讓處理算法和程序具有更好的可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性及可移植性，編程實現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計［9］。

該平臺主要包括以下4個功能模塊：氣象與農(nóng)情信息監(jiān)測模塊、精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品模塊、氣象災(zāi)害預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)查詢和管理模塊。圖1為特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺的整體界面。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 氣象與農(nóng)情信息監(jiān)測模塊

模塊包括特色農(nóng)業(yè) （種植或養(yǎng)殖）區(qū)域內(nèi)氣象與農(nóng)情信息采集與傳輸裝置、服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收與綜合顯示軟件 （圖2）2部分。其中，氣象與農(nóng)情信息采集與傳輸裝置負(fù)責(zé)實時采集并傳輸區(qū)域內(nèi)的數(shù)字圖像信息及溫濕度、降水等氣象要素數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收和綜合顯示軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、入庫更新和顯示。

圖1 湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警平臺界面

圖2 火龍果大棚內(nèi)實景及氣象要素監(jiān)測

2.2 精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品模塊

選用ECMWF（歐洲）、JMA（日本）和NECP（美國）這3種數(shù)值模式預(yù)報結(jié)果為集成成員，采用最優(yōu)化集成方法對各集成成員的預(yù)報結(jié)果進(jìn)行客觀釋用，形成多模式，空間分辨率5km×5km的精細(xì)化網(wǎng)格化降水、溫度、風(fēng)、相對濕度等的客觀預(yù)報產(chǎn)品。集成方法具體參考Woodcock等［10］的研究工作。

圖3中a為安吉茶園小氣候短期精細(xì)化天氣預(yù)報客觀圖形化產(chǎn)品，b為站點的精細(xì)化預(yù)報產(chǎn)品。用戶可以通過 “站點選擇”“初始場選擇”等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。降水量、氣溫和雨量等氣象要素的顯示實現(xiàn)了圖形可視化，直觀明了。

2.3 氣象災(zāi)害預(yù)警模塊

2.3.1 氣象災(zāi)害預(yù)警模型

模型首先利用自動氣象站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品，結(jié)合特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)計算氣象災(zāi)害等級；其次，通過氣象與農(nóng)情信息采集與傳輸裝置采集的數(shù)字圖像和氣象要素，利用支持向量機(jī)方法反演天氣現(xiàn)象和氣象災(zāi)害；最后，利用反演的天氣現(xiàn)象和氣象災(zāi)害對氣象災(zāi)害等級進(jìn)行驗證和修正，并輸出預(yù)警結(jié)果［11］，圖4為模型示意圖。

2.3.2 模塊功能和界面

氣象災(zāi)害預(yù)警模塊界面如圖5所示，該模塊利用MeteoInfo，wContour動態(tài)鏈接庫進(jìn)行二次開發(fā)［12］，實現(xiàn)了特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警功能，用戶可以自行選擇初始場時間、氣象要素等參數(shù)。預(yù)警產(chǎn)品最終以圖形化和文字列表等形式輸出，供農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)人員或農(nóng)業(yè)相關(guān)部門參考。

圖3 安吉茶園 （a）及農(nóng)田 （b）小氣候短期精細(xì)化天氣預(yù)報客觀產(chǎn)品

圖4 氣象災(zāi)害預(yù)警模型

3 數(shù)據(jù)查詢和管理模塊

平臺的后臺數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器的SQLServer 2008數(shù)據(jù)庫中，通過SqlClient連接方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問功能［11］。

數(shù)據(jù)庫主要包括歷史農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷年氣象數(shù)據(jù)、特色農(nóng)業(yè)小氣候?qū)崟r監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)字圖像信息、特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)體系及短期精細(xì)化天氣預(yù)報客觀產(chǎn)品數(shù)據(jù)。該模塊實現(xiàn)了上述所有數(shù)據(jù)的查詢和檢索、導(dǎo)入與導(dǎo)出以及刪除和添加等功能 （圖6）。

圖5 安吉白茶霜凍等級預(yù)警 （a）、淡水養(yǎng)殖 （b）及林果 （c）氣象災(zāi)害預(yù)警及適宜度等級界面

圖6 指標(biāo)查詢界面

4 小結(jié)

利用C#編程語言，結(jié)合MeteoInfo，wContour動態(tài)鏈接庫，開發(fā)了一套湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，通過在本地開展的實踐及業(yè)務(wù)應(yīng)用表明：該平臺實現(xiàn)了氣象與農(nóng)情信息監(jiān)測、災(zāi)害識別和預(yù)警、精細(xì)化氣象預(yù)報產(chǎn)品顯示、數(shù)據(jù)查詢和管理等功能，方便快捷，產(chǎn)品直觀明了，提高了業(yè)務(wù)人員的效率；該平臺在業(yè)務(wù)中得到了較好的應(yīng)用，有效地提升了湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)能力，同時也為氣象和農(nóng)業(yè)相關(guān)部門在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

［1］ 張愛民，盛紹學(xué)，馬曉群，等.基于GIS技術(shù)的安徽省重大農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害測評系統(tǒng)總體設(shè)計 ［J］.大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報，1998，11（5）：48-52.

［2］ 盛紹學(xué)，馬曉群，荀尚培，等.基于GIS的安徽省干旱遙感監(jiān)測與評估研究 ［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2003，12（1）：151-157.

［3］ 盛紹學(xué)，馬曉群，楊太明，等.基于GIS的安徽省重大農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害測評系統(tǒng) ［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報，1998，21（4）：703-708.

［4］ 張愛民，馬曉群，盛紹學(xué)，等.安徽省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害定量監(jiān)測評估研究 ［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32（4）：746-748.

［5］ 王春林，劉金鑾，周國逸，等.基于GIS的廣東荔枝寒害監(jiān)測預(yù)警研究 ［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報，2003，14（4）：487-495.

［6］ 田紅，陸維松，吳必文.基于GIS的氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估集成系統(tǒng) ［J］.氣象科學(xué)，2002，22（4）：482-489.

［7］ 楊林.基于GIS的福建省氣候監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng) ［J］.氣象科技，2005，33（5）：474-477.

［8］ 陳峰云，顧澤，王玨，等.湖州市農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)開發(fā) ［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2012，18（1）：146-147，157.

［9］ 吳彬，李艷芳，張喜亮，等.湖州氣象圖形可視化軟件的設(shè)計與實現(xiàn) ［J］.氣象水文海洋儀器，2013（1）：69-76.

［10］ WOODCOCKF，ENGELC.Operationalconsensusforecasts［J］.Weather&Forecasting，2005，20（1）：101-111.

［11］ 吳彬，李艷芳，金志鳳，等.茶葉生產(chǎn)氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（7）：980-982，985.

［12］ WANGYQ.MeteoInfo：GISsoftwareformeteorologicaldata visualizationandanalysis［J］.MeteorologicalApplications，2014，21（2）：360-368.

（責(zé)任編輯：高 峻）

S166

B

0528-9017（2016）05-0760-05

2016-01-26

湖州市科技計劃項目 （2013GY06）；湖州市氣象局科研項目 （hzqx201602）

吳 彬 （1986—），男，江蘇海安人，工程師，碩士，主要從事應(yīng)用氣象、農(nóng)業(yè)氣象信息的微電子測量等方面的研究工作，E-mail：wubin19860@163.com。

李艷芳 （1984—），女，河南鄭州人，工程師，碩士，主要從事氣象預(yù)報服務(wù)等方面的研究工作，E-mail：liyanfang840727 @126.com。

文獻(xiàn)著錄格式：吳彬，李艷芳，劉雙喜，等.基于GIS的湖州特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺研制及應(yīng)用 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57（5）：760-764.

10.16178/j.issn.0528-9017.20160546