廣東省第十五屆運動會氣象服務系統(tǒng)設計與應用

賴鵬宇，黃天文，李厚偉，郭春輝

（肇慶市氣象局，廣東肇慶 526000）

廣東省運動會是廣東省規(guī)格最高、規(guī)模最大、水平最高的綜合性體育賽事，第十五屆省運會于2018年6—8月在肇慶舉辦。肇慶市位于廣東省中西部，近年來暴雨洪澇、臺風、冰雹、雷電、高溫等氣象災害和極端天氣頻發(fā)。省運會舉辦時間恰逢盛夏季節(jié)，天氣復雜多變。災害性天氣會給賽事和賽程造成嚴重影響，同時給氣象保障服務工作帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，有必要進行精細化氣象服務系統(tǒng)建設和業(yè)務應用，進一步提高氣象公共服務能力，為十五屆省運會保駕護航［1-2］。鄭思軼等［3］主要闡述了廣東省氣象臺開發(fā)的SWIFT（雨燕）業(yè)務平臺，主要涵蓋天氣實況的觀測和統(tǒng)計、強對流監(jiān)測預警、數(shù)值預報等關鍵技術；胡勝等［4］對北京2008年奧運會天氣預報示范項目和臨近預報系統(tǒng)等進行了深入的闡述，其中8個臨近預報系統(tǒng)總體上提高了短時臨近天氣預報的能力；曾沁等［5］介紹了已經(jīng)投入應用的廣州亞運會氣象預報系統(tǒng)，針對2010廣州亞運會氣象服務，并發(fā)揮了重要的作用；為了進一步提高第十五屆省運會的氣象服務能力，肇慶市氣象局基于本地的各個運動賽事場館，結(jié)合WebGIS等技術研發(fā)了廣東省第十五屆運動會精細化氣象服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了各個運動場館周邊的精細化預報預警服務，及時向組委會提供未來逐小時的天氣預報，使得第十五屆省運會在肇慶市舉辦完滿成功［6-7］。

1 系統(tǒng)簡介

利用基于Web發(fā)布的地理信息系統(tǒng)Map-GIS，采用了HTML5技術、B／S架構(gòu)，通過運用前端的處理技術，實現(xiàn)第十五屆省運會重點地區(qū)的氣象實況自動顯示，以及雷電監(jiān)測、強降水監(jiān)測、大風監(jiān)測和比賽場館未來3 d逐3 h的天氣預報預警等氣象服務信息。該系統(tǒng)主要包含后臺技術支撐、網(wǎng)站顯示和微信發(fā)布等模塊，形成科學客觀的精細化產(chǎn)品為第十五屆廣東省運會保駕護航［8-9］。

系統(tǒng)的前臺頁面使用了HTML5的功能來使前臺頁面的反應更快，能夠提供豐富的菜單欄，用CSS技術能讓用戶界面簡單且美觀，后臺控制程序運用的是.Net語言，前后臺數(shù)據(jù)交換使用了ajax技術［10］。系統(tǒng)主頁面見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主頁面

2 系統(tǒng)主要功能設計

通過對廣東省第十五屆運動會氣象監(jiān)測預報服務工作的需求進行分析，確立了廣東省第十五屆運動會氣象服務系統(tǒng)功能模塊主要包含天氣實況、氣象預警、精細化預報、氣候背景、氣象科普等模塊。各個功能模塊均可實現(xiàn)更便捷的交互功能及操作界面。

2.1 天氣實況

天氣實況模塊主要由實時查詢、數(shù)據(jù)存儲、自動采集等構(gòu)成，該模塊對天氣雷達、氣象衛(wèi)星、自動站等基礎數(shù)據(jù)自動采集、處理和存儲，可實現(xiàn)天氣實況實時查詢。

雷達回波可實時疊加在全市地圖上，可實時監(jiān)測降雨、短時大風、強降水、暴雨等天氣的影響情況。

天氣實況的要素包括溫度、瞬時風、能見度、氣壓、平均風、時雨量、日雨量、08：00（北京時，下同）雨量、濕度、氣壓。點擊疊加“自動站名”，可查詢?nèi)我庾詣诱镜膶崨r信息（圖2）。

在天氣實況界面上，可查詢到各個比賽場館的實時的氣溫、降水、風向風速和濕度，點擊界面上的氣球符號即顯示比賽場館的實況信息。

圖2 天氣實況圖

2.2 氣象預警

氣象預警模塊主要由幾個部分組成：預警條件設置和預警分析處理以及預警結(jié)果編輯等。通過分析運動會氣象預警模型，對氣象預警發(fā)布的條件進行設置；根據(jù)運動會氣象預警模型、前期實況、未來預報狀況等基礎數(shù)據(jù)進行預警分析處理，并進行編輯，從而得到運動會氣象預警結(jié)果。

2.3 精細化預報

精細化預報模塊主要由定位、數(shù)據(jù)分析、標注、地形漫游、圖層控制等組成。該模塊可以掌握管理靜態(tài)運動會場地地形數(shù)據(jù)以及運動會場地動態(tài)的降雨量數(shù)據(jù)，甚至是運動會期間可能面臨的災害概率預報數(shù)據(jù)。不同時間不同日期精細化預報降雨量、溫度等。場地地形數(shù)據(jù)通過前期柵格化處理操作會被存儲到空間數(shù)據(jù)庫中，被當作固定數(shù)據(jù)從而為系統(tǒng)調(diào)用服務。而動態(tài)場地降雨量數(shù)據(jù)會經(jīng)過地理信息程序柵格化處理從而產(chǎn)生空間數(shù)據(jù)，并被存儲到空間數(shù)據(jù)庫中。

精細化預報是基于省氣象臺的智能網(wǎng)格預報平臺，結(jié)合數(shù)值預報、肇慶本地氣候條件、天氣實況、預報員經(jīng)驗等最后訂正的結(jié)果。該模塊可查詢本市范圍內(nèi)任意經(jīng)緯度的溫度、降水、風向風速、濕度等未來3 d的逐3 h預報情況（見圖3）。

圖3 精細化預報圖

2.4 氣候背景

氣候背景模塊主要是針對廣東省運動會期間在肇慶市不同時間段、不同的地理位置所表現(xiàn)出來的氣候背景特征，從而有針對性的提供服務（圖4）。

圖4 圖4 2018年6—8月肇慶市各要素氣候值分布

3 系統(tǒng)關鍵技術

3.1 MapGIS技術

WebGIS是在因特網(wǎng)環(huán)境下的一種計算機信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以存儲、分析以及顯示地理信息。WebGIS的核心理念就是通過網(wǎng)絡顯示地理信息，從而用戶可以通過瀏覽器進行訪問與查閱地理信息系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)與功能服務。WebGIS系統(tǒng)中比較具有代表性的就是MapGIS，MapGIS擁有百分百自主知識產(chǎn)權，另外也是基于新一代GIS開發(fā)模式和GIS架構(gòu)的地理信息系統(tǒng)基礎平臺。

目前MapGIS二次開發(fā)庫主要以API函數(shù)、MFC（Microsoft Foundation Class）類庫、Com組件、ActiveX控件4種方式提供。開發(fā)庫被封裝在若干動態(tài)鏈接庫（DLL）中。

本研究所闡述的二次開發(fā)是調(diào)用了API函數(shù)來進行的，API函數(shù)在使用方法上與Windows的API函數(shù)完全一樣，因此是獨立于開發(fā)工具的。API函數(shù)是基礎，使用上最靈活，但技巧性要求也最高。API中提供＿FindNearCMYKColor、＿FindNearColor、＿SetPenColor等函數(shù)完成顏色的轉(zhuǎn)換。出于安全方面的考慮，沒有將建MapGIS管理過程的函數(shù)引出，故一定要在平臺上進行操作才能建立MapGIS管理過程。以下為核心代碼及繪圖的工具及變量［11］。

3.2 Surfer軟件的應用

色斑圖是氣象工作者常用的氣象要素圖形顯示方法，為了使氣象公共服務材料美觀、形象，較直觀地給出氣象要素的分布情況。

Surfer軟件是一套在Windows操作環(huán)境下運行的二維和三維圖形繪制軟件，主要功能是繪制等值線色斑圖，Surfer軟件在Web環(huán)境中應用的具體配置方法是：啟動DCOM組件配置程序，設置Surfer組件安全屬性，授予Network Service用戶組遠程訪問的權限，以支持網(wǎng)絡訪問，同時需要授予特定用戶訪問該組件的用戶權限。客戶端通過提交相應請求，觸發(fā)服務器端調(diào)用Surfer COM組件即可完成等值線圖繪制。

將站點資料處理成格點資料以后，利用Surfer COM組件的Contour功能便可進行等值線圖的繪制。系統(tǒng)可自動設置等值線的間隔并繪制等值線，用戶也可以根據(jù)自己的需要設計等值線間隔，決定是否填充等值線等。

圖5 Surfer軟件生成的氣溫色斑圖（單位：℃）

用Surfer COM組件的overlay功能可以將同一坐標的多個圖形進行合并，從而達到等值線圖與底圖合并的目的［12］。圖5為Surfer軟件生成的氣溫色斑圖。利用基于Web發(fā)布的地理信息系統(tǒng)MapGIS，采用了HTML5技術、B／S架構(gòu)，通過運用比較前端的處理技術，設計了廣東省第十五屆運動會氣象服務系統(tǒng)，鏈接到廣東省第十五屆運動會的官方網(wǎng)站，為公眾提供省運會各賽區(qū)場館天氣實況、未來3 d的天氣預報、各地氣象災害預警、精細化預報、氣象實況自動顯示，以及雷電監(jiān)測、強降水監(jiān)測、大風監(jiān)測預警、比賽場館未來3 d逐3 h的天氣預報和天氣預警，省運會期間的氣候背景等氣象服務信息，提高了氣象公共服務能力，在2018年6—8月的第十五屆省運會氣象保障服務中，取得很好的服務效果。