氣象水文資料處理與應用分析

朱亮，鐘艷雯，朱宏武，文立恒，歐陽計躍

（湖南省氣象信息中心，長沙410118）

0 引言

根據(jù)中國氣象局防汛救災工作的重要部署，提升流域防汛抗洪氣象服務能力，做好汛期流域水文氣象預報服務工作，氣象水文數(shù)據(jù)應用也越來越重要。目前氣象部門水文部分資料已由CMACast（中國氣象局衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)）下發(fā)，為水利部門與中國氣象局之間共享的資料，該資料供省級氣象部門小站接收使用，該資料的下發(fā)時間與水利部提供數(shù)據(jù)的時間有關。同時省氣象局與省水利部門實現(xiàn)了氣象水文數(shù)據(jù)共享。水文數(shù)據(jù)主要包括降水、河道水情、水庫水情相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對水情信息進行及時監(jiān)測，為防汛抗災提供準確、及時的數(shù)據(jù)信息。因此，為更好地發(fā)揮資料的價值，對已有水文資料進行處理與應用分析。

1 資料整理收集

水文資料的收集整理主要包括兩部分：①省氣象局與省水文部門共享的水文數(shù)據(jù)；②國家局CMACast下發(fā)的水文資料。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，CMACast接收的水文數(shù)據(jù)涉及全國，本省站點相對較少，主要使用省氣象局與省水文部門共享的水文數(shù)據(jù)。

圖1 水文同步數(shù)據(jù)程序界面

（1）湖南省氣象局與水文部門通過數(shù)據(jù)庫實時同步獲取部分雨情數(shù)據(jù)，目前保存在省級SQL數(shù)據(jù)庫。水文數(shù)據(jù)從水利部門中獲取，從水利部門數(shù)據(jù)庫同步到省氣象信息中心結構相同的庫中，由于源數(shù)據(jù)庫對訪問IP進行了限制，所以采用自行開發(fā)的軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。水文數(shù)據(jù)同步軟件用MS.NET開發(fā)，采用定時輪詢方式對比源數(shù)據(jù)庫與目的數(shù)據(jù)庫進行比較，將發(fā)生變動（插入、修改及刪除）的數(shù)據(jù)記錄寫入到待交換表單中，用SqlBulkCopy類批量寫入目的庫。主要涉及基本站信息表（ST_STBPRP_B）、降水量表表結構（ST_PPTN_R）、河道水情表（ST_RIVER_R）、水庫水情表（ST_RSVR_R）、河道防洪指標表（ST_RVFCCH_B）、汛限水位表（ST_RSVRFSR_B）、水庫防洪指標表（ST_RVFCCH_B）七個表。其中測站基本信息共計包括3772站次，雨量涉及1068站次，河道水情經(jīng)查涉及854站次，水庫水情涉及1734站次。

（2）根據(jù)《氣預函〔2020〕40號預報司關于下發(fā)水利部交換資料的通知》要求，通過衛(wèi)星廣播系統(tǒng)提供水利部交換的降水、河道水情和土壤墑情等數(shù)據(jù)的下發(fā)和共享服務。省級已完成水文資料的接收推送至共享；廣播通道和目錄為OBS_DOM_PUB/HYDR/PUB，省級共享目錄為共享服務器CMACASTOBSPUBHYDR。主要包括土壤墑情資料、日雨量文件、1小時雨量文件、水利部河道水情資料。省級已經(jīng)實現(xiàn)CIMISS（全國綜合氣象信息共享平臺）接口調用水利部降水數(shù)據(jù)、河道水情資料接口共享應用。

圖2 CIMISS讀取數(shù)據(jù)界面

其中時段雨量數(shù)據(jù)、日雨量實施數(shù)據(jù)全國總計209個站點，文件格式涉及區(qū)站號及雨量信息，結合我省與水利部門已經(jīng)共享的資料來查看，湖南省水文雨量站區(qū)站號在611至617開頭的之間，該類站點3個，尚無明確的站點信息情況。河道水情每天一個文件，文件名稱為Reyymmdd.txt，能查看到湖南省內有城陵磯61512000、桃 源61302800、石 門61400900、湘 潭61102000、桃江61202100五個站點時間、水位、流量、超警、水勢情況。因此在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，CMA?Cast接收的水文數(shù)據(jù)涉及全國，本省站點相對較少，我們重點采用省級水文共享數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品展示

數(shù)據(jù)產(chǎn)品展示通過從接口獲取數(shù)據(jù)轉換成可疊加到GIS（地理信息系統(tǒng)）的氣象要素數(shù)據(jù)，以站點圖、曲線圖、表格等方式進行展示，用于監(jiān)測湖南省范圍內水文站的實況。顯示要素包括降雨量，河道水位，河道流量，水庫水位，水庫儲水量，水庫蓄水量，出庫流量，正常蓄水位，警戒水位，歷史最高水位等，默認顯示最新小時時次的觀測數(shù)據(jù)。當鼠標移動到站點上時，站點圖標右下角顯示站點以及觀測數(shù)據(jù)信息框。當鼠標移開站點時，信息顯示框消失。點擊站名，站號按鈕，GIS上顯示站點對應站名，站號信息。

圖3 水文數(shù)據(jù)接口

圖4 衡陽水文信息展示

2.1 河道水情

河道水情展示的主要功能是實現(xiàn)以GIS、表格和曲線圖的方式展示區(qū)域內河道水情數(shù)據(jù)。根據(jù)基本站信息表（ST_STBPRP_B）、河道水情表（ST_RIVER_R）、河道防洪指標表（ST_RVFCCH_B）三個表，進行三表聯(lián)合查詢展示。表格數(shù)據(jù)顯示具體查詢語句如下：

“SELECT A.[STCD]as"測站編碼",B.[STNM]as"測站名稱",A.[TM]as"時間",A.[Z]as"水位",A.[Q]as"流量",C.[WRZ]as"警戒水位",C.[WRQ]as"警戒流量",C.[OBHTZ]as"實測最高水位",C.[OBHTZTM]as"實測最高水位出現(xiàn)時間",B.[DRNA]as"集水面積",B.[RVNM]as"河流名稱",B.[HNNM]as"水系名稱",B.[BSNM]as"流域名稱"FROM[qxyq].[dbo].[ST_RIVER_R]A,[qxyq].[dbo].[ST_STBPRP_B]B,[qxyq].[dbo].[ST_RVFCCH_B]C where A.STCD=B.STCD and B.STCD=C.STCD and TM='2020-09-09 01:00:00.000'”。

將采集的葉片保存于濕潤的封口袋中帶回實驗室，一部分直接稱量葉片鮮質量，然后在 75 ℃烘箱中烘48 h，稱量，計算每個葉片含水量；另一部分用超純水洗凈并自然晾干，于80 ℃下烘干48 h至恒重，而后在過量O2中完全燃燒并收集CO2，然后用氣體質譜儀Delta Plus測定試樣中的δ13C含量，測量精度小于 0.1‰（Craig，1957）。計算公式如下：

圖5 河道水情實況及歷史最高水位

圖6 單站河道水情時序圖

一般默認顯示當前時次的觀測數(shù)據(jù)，可以直接輸入時間后回車進行查詢，也可以點擊時間選擇框圖標，選擇時間進行查詢，也可單擊前一天、后一天圖標進行查詢，也可以選擇市縣下拉框查看各個市、縣的觀測數(shù)據(jù)。在地圖上點擊站點，系統(tǒng)查詢該站過去一段時間的觀測數(shù)據(jù)，并以彈出框中以曲線圖,數(shù)據(jù)表格等形式顯示站點觀測并支持數(shù)據(jù)下載。上圖通過曲線圖的方式對單站河道水情進行展示，主要涉及最高水位和最大流量曲線。

2.2 水庫水情

水庫水情展示和河道水情展示方式基本一致，以GIS、表格和曲線圖的方式展示。在地圖上點擊站點，系統(tǒng)查詢該站過去一段時間的觀測數(shù)據(jù)，并以彈出框中以曲線圖，數(shù)據(jù)表格等形式顯示站點觀測并支持數(shù)據(jù)下載。如上圖所示單站水庫水情時序圖主要對水位、儲水量、蓄水量及出庫流量進行展示，可以直接輸入時間后回車進行查詢，同時鼠標滑過時顯示當前時次具體信息。

圖7 水庫水情展示

3 結語

通過對水文數(shù)據(jù)整理，水文數(shù)據(jù)中河道水情、水庫水情一般對歷史極值數(shù)據(jù)庫有專項記錄，同時對于歷史極值設置了實測最高水位與調查最高水位，值得我們在氣象資料中也學習應用?？傮w實現(xiàn)了對水文河道水情、水庫水情以曲線圖、表格與地圖等直觀圖形產(chǎn)品展示，同時在省級氣象業(yè)務內網(wǎng)平臺進行展示，提升了省級汛期數(shù)據(jù)支撐能力，一定程度滿足現(xiàn)有的業(yè)務需求，并能很好地解決預報等業(yè)務上不能查看水文站點數(shù)據(jù)等相關問題，同時將充分發(fā)揮氣象水文共享數(shù)據(jù)業(yè)務效益，對我省臨近預警預報業(yè)務和防汛抗旱提供依據(jù)有著積極作用。