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(yùn)動(dòng)會(huì)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(yùn)會(huì)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(lái)暴雨洪澇、臺(tái)風(fēng)、冰雹、雷電、高溫等氣象災(zāi)害和極端天氣頻發(fā)。省運(yùn)會(huì)舉辦時(shí)間恰逢盛夏季節(jié)，天氣復(fù)雜多變。災(zāi)害性天氣會(huì)給賽事和賽程造成嚴(yán)重影響，同時(shí)給氣象保障服務(wù)工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。因此，有必要進(jìn)行精細(xì)化氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，進(jìn)一步提高氣象公共服務(wù)能力，為十五屆省運(yùn)會(huì)保駕護(hù)航［1-2］。鄭思軼等［3］主要闡述了廣東省氣象臺(tái)開(kāi)發(fā)的SWIFT（雨燕）業(yè)務(wù)平臺(tái)，主要涵蓋天氣實(shí)況的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)、強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)警、數(shù)值預(yù)報(bào)等關(guān)鍵技術(shù)；胡勝等［4］對(duì)北京2008年奧運(yùn)會(huì)天氣預(yù)報(bào)示范項(xiàng)目和臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)等進(jìn)行了深入的闡述，其中8個(gè)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)總體上提高了短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)的能力；曾沁等［5］介紹了已經(jīng)投入應(yīng)用的廣州亞運(yùn)會(huì)氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，針對(duì)2010廣州亞運(yùn)會(huì)氣象服務(wù)，并發(fā)揮了重要的作用；為了進(jìn)一步提高第十五屆省運(yùn)會(huì)的氣象服務(wù)能力，肇慶市氣象局基于本地的各個(gè)運(yùn)動(dòng)賽事場(chǎng)館，結(jié)合WebGIS等技術(shù)研發(fā)了廣東省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)精細(xì)化氣象服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館周邊的精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，及時(shí)向組委會(huì)提供未來(lái)逐小時(shí)的天氣預(yù)報(bào)，使得第十五屆省運(yùn)會(huì)在肇慶市舉辦完滿成功［6-7］。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shù)、B／S架構(gòu)，通過(guò)運(yùn)用前端的處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)第十五屆省運(yùn)會(huì)重點(diǎn)地區(qū)的氣象實(shí)況自動(dòng)顯示，以及雷電監(jiān)測(cè)、強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)、大風(fēng)監(jiān)測(cè)和比賽場(chǎng)館未來(lái)3 d逐3 h的天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等氣象服務(wù)信息。該系統(tǒng)主要包含后臺(tái)技術(shù)支撐、網(wǎng)站顯示和微信發(fā)布等模塊，形成科學(xué)客觀的精細(xì)化產(chǎn)品為第十五屆廣東省運(yùn)會(huì)保駕護(hù)航［8-9］。

系統(tǒng)的前臺(tái)頁(yè)面使用了HTML5的功能來(lái)使前臺(tái)頁(yè)面的反應(yīng)更快，能夠提供豐富的菜單欄，用CSS技術(shù)能讓用戶界面簡(jiǎn)單且美觀，后臺(tái)控制程序運(yùn)用的是.Net語(yǔ)言，前后臺(tái)數(shù)據(jù)交換使用了ajax技術(shù)［10］。系統(tǒng)主頁(yè)面見(jiàn)圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主頁(yè)面

2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)廣東省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)工作的需求進(jìn)行分析，確立了廣東省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象服務(wù)系統(tǒng)功能模塊主要包含天氣實(shí)況、氣象預(yù)警、精細(xì)化預(yù)報(bào)、氣候背景、氣象科普等模塊。各個(gè)功能模塊均可實(shí)現(xiàn)更便捷的交互功能及操作界面。

2.1 天氣實(shí)況

天氣實(shí)況模塊主要由實(shí)時(shí)查詢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)采集等構(gòu)成，該模塊對(duì)天氣雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、自動(dòng)站等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理和存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)天氣實(shí)況實(shí)時(shí)查詢。

雷達(dá)回波可實(shí)時(shí)疊加在全市地圖上，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨、短時(shí)大風(fēng)、強(qiáng)降水、暴雨等天氣的影響情況。

天氣實(shí)況的要素包括溫度、瞬時(shí)風(fēng)、能見(jiàn)度、氣壓、平均風(fēng)、時(shí)雨量、日雨量、08：00（北京時(shí)，下同）雨量、濕度、氣壓。點(diǎn)擊疊加“自動(dòng)站名”，可查詢?nèi)我庾詣?dòng)站的實(shí)況信息（圖2）。

在天氣實(shí)況界面上，可查詢到各個(gè)比賽場(chǎng)館的實(shí)時(shí)的氣溫、降水、風(fēng)向風(fēng)速和濕度，點(diǎn)擊界面上的氣球符號(hào)即顯示比賽場(chǎng)館的實(shí)況信息。

圖2 天氣實(shí)況圖

2.2 氣象預(yù)警

氣象預(yù)警模塊主要由幾個(gè)部分組成：預(yù)警條件設(shè)置和預(yù)警分析處理以及預(yù)警結(jié)果編輯等。通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象預(yù)警模型，對(duì)氣象預(yù)警發(fā)布的條件進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象預(yù)警模型、前期實(shí)況、未來(lái)預(yù)報(bào)狀況等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警分析處理，并進(jìn)行編輯，從而得到運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象預(yù)警結(jié)果。

2.3 精細(xì)化預(yù)報(bào)

精細(xì)化預(yù)報(bào)模塊主要由定位、數(shù)據(jù)分析、標(biāo)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(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)地地形數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)地動(dòng)態(tài)的降雨量數(shù)據(jù)，甚至是運(yùn)動(dòng)會(huì)期間可能面臨的災(zāi)害概率預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。不同時(shí)間不同日期精細(xì)化預(yù)報(bào)降雨量、溫度等。場(chǎng)地地形數(shù)據(jù)通過(guò)前期柵格化處理操作會(huì)被存儲(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，被當(dāng)作固定數(shù)據(jù)從而為系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)。而動(dòng)態(tài)場(chǎng)地降雨量數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)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(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。

精細(xì)化預(yù)報(bào)是基于省氣象臺(tái)的智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)平臺(tái)，結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)、肇慶本地氣候條件、天氣實(shí)況、預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)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(fēng)向風(fēng)速、濕度等未來(lái)3 d的逐3 h預(yù)報(bào)情況（見(jiàn)圖3）。

圖3 精細(xì)化預(yù)報(bào)圖

2.4 氣候背景

氣候背景模塊主要是針對(duì)廣東省運(yùn)動(dòng)會(huì)期間在肇慶市不同時(shí)間段、不同的地理位置所表現(xiàn)出來(lái)的氣候背景特征，從而有針對(duì)性的提供服務(wù)（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(guān)鍵技術(shù)

3.1 MapGIS技術(shù)

WebGIS是在因特網(wǎng)環(huán)境下的一種計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以存儲(chǔ)、分析以及顯示地理信息。WebGIS的核心理念就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)顯示地理信息，從而用戶可以通過(guò)瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)與查閱地理信息系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)與功能服務(wù)。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(shí)產(chǎn)權(quán)，另外也是基于新一代GIS開(kāi)發(fā)模式和GIS架構(gòu)的地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)。

目前MapGIS二次開(kāi)發(fā)庫(kù)主要以API函數(shù)、MFC（Microsoft Foundation Class）類(lèi)庫(kù)、Com組件、ActiveX控件4種方式提供。開(kāi)發(fā)庫(kù)被封裝在若干動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）中。

本研究所闡述的二次開(kāi)發(fā)是調(diào)用了API函數(shù)來(lái)進(jìn)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(dú)立于開(kāi)發(fā)工具的。API函數(shù)是基礎(chǔ)，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(méi)有將建MapGIS管理過(guò)程的函數(shù)引出，故一定要在平臺(tái)上進(jìn)行操作才能建立MapGIS管理過(guò)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(yīng)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(wù)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(yùn)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(yīng)用的具體配置方法是：?jiǎn)?dòng)DCOM組件配置程序，設(shè)置Surfer組件安全屬性，授予Network Service用戶組遠(yuǎn)程訪問(wèn)的權(quán)限，以支持網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，同時(shí)需要授予特定用戶訪問(wèn)該組件的用戶權(quán)限?？蛻舳送ㄟ^(guò)提交相應(yīng)請(qǐng)求，觸發(fā)服務(wù)器端調(diào)用Surfer COM組件即可完成等值線圖繪制。

將站點(diǎn)資料處理成格點(diǎn)資料以后，利用Surfer COM組件的Contour功能便可進(jìn)行等值線圖的繪制。系統(tǒng)可自動(dòng)設(shè)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(shè)計(jì)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(biāo)的多個(gè)圖形進(jìn)行合并，從而達(dá)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(shù)、B／S架構(gòu)，通過(guò)運(yùn)用比較前端的處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了廣東省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象服務(wù)系統(tǒng)，鏈接到廣東省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)的官方網(wǎng)站，為公眾提供省運(yùn)會(huì)各賽區(qū)場(chǎng)館天氣實(shí)況、未來(lái)3 d的天氣預(yù)報(bào)、各地氣象災(zāi)害預(yù)警、精細(xì)化預(yù)報(bào)、氣象實(shí)況自動(dòng)顯示，以及雷電監(jiān)測(cè)、強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)、大風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警、比賽場(chǎng)館未來(lái)3 d逐3 h的天氣預(yù)報(bào)和天氣預(yù)警，省運(yùn)會(huì)期間的氣候背景等氣象服務(wù)信息，提高了氣象公共服務(wù)能力，在2018年6—8月的第十五屆省運(yùn)會(huì)氣象保障服務(wù)中，取得很好的服務(wù)效果。