摘要：在福建省統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù)環(huán)境基礎(chǔ)上，采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)氣象數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)，作為氣象部門(mén)與其他政務(wù)部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享交換的技術(shù)平臺(tái)。系統(tǒng)采用面向服務(wù)模式，通過(guò)“構(gòu)件化、拼裝式”方式，將數(shù)據(jù)共享交換需求以每個(gè)微服務(wù)功能方式封裝到Docker容器中，實(shí)現(xiàn)具有高伸縮性的個(gè)性化數(shù)據(jù)服務(wù)。系統(tǒng)運(yùn)行后在縱向?qū)用婵赏ㄟ^(guò)微服務(wù)實(shí)例提高數(shù)據(jù)處理能力，在橫向?qū)用婵赏ㄟ^(guò)新的微服務(wù)快速滿足新增業(yè)務(wù)需求，提升氣象部門(mén)的橫向數(shù)據(jù)協(xié)同能力。

關(guān)鍵詞：面向服務(wù)；微服務(wù)；數(shù)據(jù)共享交換；Docker容器

一、前言

福建省是臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹等氣象氣候?yàn)?zāi)害多發(fā)的省份，因此，做好氣象災(zāi)害防御工作具有至關(guān)重要的意義。氣象、水利、海洋、環(huán)境等行業(yè)類(lèi)數(shù)據(jù)，分別由相應(yīng)部門(mén)負(fù)責(zé)進(jìn)行觀測(cè)設(shè)備部署建設(shè)并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、管理與本行業(yè)使用。福建省氣象部門(mén)通過(guò)部門(mén)數(shù)據(jù)共享協(xié)議與相關(guān)部門(mén)的氣象數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)等開(kāi)展數(shù)據(jù)共享交換?，F(xiàn)實(shí)情況是部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享和交換仍存在平臺(tái)支撐不足問(wèn)題。例如，數(shù)據(jù)輸出手段單一，需要通過(guò)文件級(jí)形式提供，授權(quán)機(jī)制和安全管理機(jī)制需進(jìn)一步完善。分發(fā)控制機(jī)制比較薄弱，缺少輸出數(shù)據(jù)的脫敏脫密自動(dòng)化處理機(jī)制，難以統(tǒng)計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出的分發(fā)渠道和分發(fā)情況。數(shù)據(jù)的快捷導(dǎo)入能力不足，難以建設(shè)全面、客觀、多維的數(shù)據(jù)資源。

在支撐環(huán)境上，福建省政務(wù)云為各部門(mén)提供了數(shù)據(jù)交換與共享的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與基礎(chǔ)設(shè)施云平臺(tái)，省級(jí)政府部門(mén)均已接入，可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)平臺(tái)之間的間接互聯(lián)、數(shù)據(jù)雙向傳輸，其技術(shù)可行性已經(jīng)完全具備。通過(guò)探索面向業(yè)務(wù)應(yīng)用構(gòu)建完整貫通的數(shù)據(jù)鏈[1]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨層級(jí)、跨地域、跨部門(mén)有序共享，提升公共數(shù)據(jù)開(kāi)放水平。

福建省氣象部門(mén)已建立以氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)“天擎”為核心的基礎(chǔ)信息化平臺(tái)，支持海量、標(biāo)準(zhǔn)化的氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)氣象數(shù)據(jù)獲取需求[2]。本文基于福建省政務(wù)云環(huán)境，打通部門(mén)專(zhuān)網(wǎng)通信鏈路、建立數(shù)據(jù)傳輸通道，設(shè)計(jì)一種基于微服務(wù)架構(gòu)的氣象數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與其他部門(mén)行業(yè)數(shù)據(jù)的雙向傳輸、共享。最終建立起氣象部門(mén)與其他業(yè)務(wù)相關(guān)職能部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享交換機(jī)制，為相關(guān)部門(mén)提供定制化的氣象數(shù)據(jù)，提升各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)協(xié)同與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)能力。

二、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程框架設(shè)計(jì)

為建設(shè)一個(gè)“一對(duì)多輸出、多對(duì)一輸入的”的數(shù)據(jù)共享與交換機(jī)制，給其他部門(mén)提供“服務(wù)+自助”的數(shù)據(jù)使用模式，從系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)和工具流程支撐角度，整個(gè)鏈條自上而下、各個(gè)維度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享安全機(jī)制，保護(hù)數(shù)據(jù)資源的安全性。

氣象數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)是在氣象專(zhuān)網(wǎng)環(huán)境下，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)從氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、加工處理、存儲(chǔ)與共享至政務(wù)云數(shù)據(jù)庫(kù)形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理流程和集約化的共享支撐環(huán)境，并向其他部門(mén)提供定制化的氣象數(shù)據(jù)與產(chǎn)品。因此，首先從氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化接口獲取各政務(wù)部門(mén)所需氣象數(shù)據(jù)的采集和匯聚。共享系統(tǒng)為各部門(mén)提供共享接入注冊(cè)管理、數(shù)據(jù)目錄管理、數(shù)據(jù)接口配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢與到報(bào)監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控功能，為數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的部門(mén)接入、數(shù)據(jù)擴(kuò)展、穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。同時(shí)，建立并行的反向數(shù)據(jù)傳輸路徑，各政務(wù)部門(mén)輸出本部門(mén)數(shù)據(jù)，傳輸至政務(wù)云，支持福建省氣象局獲取收集至氣象專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行存儲(chǔ)到氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，供氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

三、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

建立福建省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)部門(mén)間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集匯聚并以標(biāo)準(zhǔn)化接口的方式提供數(shù)據(jù)服務(wù)，為全面、客觀、多維數(shù)據(jù)的融合分析業(yè)務(wù)應(yīng)用提供有力的數(shù)據(jù)支撐。在平臺(tái)技術(shù)選型方面，系統(tǒng)采用B/S模式和面向服務(wù)構(gòu)件技術(shù)SOA及MVC前臺(tái)設(shè)計(jì)模式，滿足平臺(tái)資源按需使用、可擴(kuò)展性要求。氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)基于Spring Cloud的微服務(wù)架構(gòu)，通過(guò)“構(gòu)件化模塊，拼裝式系統(tǒng)”方式，結(jié)合Docker容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)根據(jù)服務(wù)數(shù)據(jù)類(lèi)型與服務(wù)對(duì)象開(kāi)發(fā)集成面向不同部門(mén)的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，采用微服務(wù)分布式架構(gòu)和容器化部署技術(shù)，對(duì)各應(yīng)用需求進(jìn)行微服務(wù)化開(kāi)發(fā)和實(shí)施管理[3]。

（一）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于微服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)，按照層次化的設(shè)計(jì)思想，平臺(tái)的總體架構(gòu)分為五層。

1.基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層用于支撐應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境，包括省級(jí)政務(wù)云環(huán)境提供的虛擬資源池和福建省氣象專(zhuān)網(wǎng)的氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)支撐資源。

2.數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層是整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源中心，包括各類(lèi)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)及服務(wù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層是整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)行能力保障，包括消息服務(wù)總線、任務(wù)調(diào)度中心、日志處理服務(wù)及服務(wù)負(fù)載均衡。

4.應(yīng)用層

本系統(tǒng)建設(shè)在數(shù)據(jù)層和支撐層的基礎(chǔ)上，搭建微服務(wù)化的應(yīng)用系統(tǒng)功能模塊。

5.用戶層

為業(yè)務(wù)管理用戶及系統(tǒng)運(yùn)維用戶提供Web應(yīng)用服務(wù)。部署在政務(wù)云上，為各部門(mén)提供數(shù)據(jù)清單、共享數(shù)據(jù)權(quán)限申請(qǐng)等人機(jī)交互操作界面、開(kāi)展業(yè)務(wù)管理。

（二）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是面向全省各政務(wù)部門(mén)提供基礎(chǔ)性、公共性、通用性氣象信息。根據(jù)應(yīng)用需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)資源匯聚、數(shù)據(jù)加工與處理、數(shù)據(jù)共享與服務(wù)、全流程業(yè)務(wù)監(jiān)視等功能模塊。最終建立貫穿數(shù)據(jù)接入、存儲(chǔ)、處理、服務(wù)等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)全生命周期管理長(zhǎng)效機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品可取、產(chǎn)品可控、產(chǎn)品可用、產(chǎn)品可靠”，打破氣象與各機(jī)構(gòu)部門(mén)壁壘、推進(jìn)產(chǎn)品服務(wù)融合共享。

1.數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集管理是將數(shù)據(jù)從氣象內(nèi)網(wǎng)采集到政務(wù)云平臺(tái)，并在政務(wù)云平臺(tái)中緩存。數(shù)據(jù)采集提供了API接口、配置化采集方式。

（1）API接口方式采集

根據(jù)氣象數(shù)據(jù)共享目錄規(guī)劃，系統(tǒng)采用定制化的接口從“天擎”系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配置化的數(shù)據(jù)接口，可以通過(guò)采集配置實(shí)現(xiàn)從“天擎”系統(tǒng)中采集不同的數(shù)據(jù)。

（2）配置化方式采集

配置化方式采集根據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的采集配置文件執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。配置化方式采集的配置內(nèi)容包括基本信息、采集對(duì)象配置、采集策略配置及采集到報(bào)配置?；拘畔óa(chǎn)品源頭類(lèi)型、產(chǎn)品名稱(chēng)、產(chǎn)品類(lèi)型及數(shù)據(jù)產(chǎn)品表名稱(chēng)。采集配置文件包括服務(wù)IP、文件名規(guī)則、采集路徑、產(chǎn)品監(jiān)測(cè)時(shí)間。采集策略配置包括分配采集器、采集頻率、采集模式、失敗重試次數(shù)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)。到報(bào)配置包括每日應(yīng)到文件數(shù)，更新頻率規(guī)律、更新頻率、允許等待時(shí)間。

2.數(shù)據(jù)資源彈性匯聚

數(shù)據(jù)資源是共享系統(tǒng)最重要的資源，且氣象資源匯聚涉及多個(gè)部門(mén)、多個(gè)行業(yè)，基于“一次獲取、全網(wǎng)共享”的思路，進(jìn)行數(shù)據(jù)資源匯聚體系的設(shè)計(jì)，氣象資源彈性匯聚負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)一存儲(chǔ)，作為所有氣象數(shù)據(jù)的來(lái)源，為平臺(tái)上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)，是數(shù)據(jù)管理與處理的重要基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集均來(lái)自氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，包括：自動(dòng)站、觀測(cè)站、水位站、交通站等的氣象資料，以及氣象觀測(cè)系統(tǒng)生成的各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)（自動(dòng)站、雷達(dá)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等）、氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)生產(chǎn)的各種產(chǎn)品資料。通過(guò)建立基于氣象數(shù)據(jù)對(duì)外部門(mén)的共享數(shù)據(jù)總清單，建立共享數(shù)據(jù)目錄，并同步建立水利、生態(tài)環(huán)境、海洋與漁業(yè)等部門(mén)數(shù)據(jù)共享授權(quán)狀態(tài)與共享部門(mén)數(shù)據(jù)申請(qǐng)注冊(cè)狀態(tài)。

數(shù)據(jù)匯聚是對(duì)數(shù)據(jù)采集后的高效組織與存儲(chǔ)管理，匯聚的效率直接關(guān)系著系統(tǒng)整體性能。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚方式，往往將數(shù)據(jù)匯聚業(yè)務(wù)都運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程中，導(dǎo)致模塊內(nèi)部之間存在強(qiáng)耦合，限制了數(shù)據(jù)匯聚的擴(kuò)展性和處理能力，進(jìn)而導(dǎo)致在處理大數(shù)據(jù)量的接入情況時(shí)，系統(tǒng)整體性能急劇下降。同時(shí)，當(dāng)需要新增數(shù)據(jù)匯聚種類(lèi)時(shí)，則要對(duì)原有功能代碼進(jìn)行改動(dòng)才可以接入新類(lèi)型的數(shù)據(jù)，勢(shì)必會(huì)影響原有數(shù)據(jù)接入的穩(wěn)定性和系統(tǒng)運(yùn)行效率。因此，基于微服務(wù)軟件架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)可以很好地解決該問(wèn)題。

基于微服務(wù)的架構(gòu)相比傳統(tǒng)的單體架構(gòu)，可以有效解決接入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)服務(wù)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)帶來(lái)的沖擊問(wèn)題。微服務(wù)架構(gòu)作為一種全新的架構(gòu)模式，通過(guò)微服務(wù)將一個(gè)功能復(fù)雜的單體應(yīng)用分解成一組小的服務(wù)，不同服務(wù)之間可以相互協(xié)調(diào)、互相配合，共同完成一個(gè)復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯功能[4-5]。由于部門(mén)間數(shù)據(jù)匯聚的業(yè)務(wù)非常清晰且互不關(guān)聯(lián)，所以可對(duì)每個(gè)部門(mén)的共享交換數(shù)據(jù)服務(wù)劃分成一個(gè)個(gè)微服務(wù)。因此，采用微服務(wù)架構(gòu)可以很好地解決政務(wù)部門(mén)間數(shù)據(jù)共享交換過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題：

第一，不同部門(mén)對(duì)氣象數(shù)據(jù)獲取的業(yè)務(wù)需求不一樣，可定制輕量化的微服務(wù)實(shí)例與實(shí)際業(yè)務(wù)需求相匹配。

第二，每個(gè)微服務(wù)應(yīng)用之間都是獨(dú)立的，因此，可以保證在系統(tǒng)接入新的部門(mén)需求時(shí)，不影響原有的微服務(wù)運(yùn)行和數(shù)據(jù)接入。

第三，在新增業(yè)務(wù)需求時(shí)，可快速部署微服務(wù)實(shí)例，不需要太多重復(fù)開(kāi)發(fā)的工作量。

第四，通過(guò)對(duì)外提供統(tǒng)一的API接口，可解決接入發(fā)送方數(shù)據(jù)格式差異性的問(wèn)題。

3.數(shù)據(jù)加工與處理

數(shù)據(jù)加工與處理功能是基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、自動(dòng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)流水線加工處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享數(shù)據(jù)按照需求進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量控制和產(chǎn)品生成。共享數(shù)據(jù)加工與處理邏輯如圖1所示。通過(guò)資料加工處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)氣象資料和歷史氣象資料的加工處理。實(shí)時(shí)資料加工處理系統(tǒng)基于一體化數(shù)據(jù)加工處理流水線的技術(shù)架構(gòu)。軟件包括解碼處理、質(zhì)量控制和深加工等模塊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流水線加工處理任務(wù)的任務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度和任務(wù)監(jiān)控等功能。數(shù)據(jù)加工與處理主要完成對(duì)氣象數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算處理或批量文件處理，對(duì)采集以后的數(shù)據(jù)按照結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的類(lèi)別通過(guò)由算法模板指定的算法進(jìn)行分布式計(jì)算處理，系統(tǒng)同樣支持第三方的算法按照算法插件規(guī)則加入算法模型庫(kù)。實(shí)現(xiàn)部門(mén)氣象共享數(shù)據(jù)的加工處理、質(zhì)量檢查、綜合質(zhì)控和質(zhì)量評(píng)估等功能，同時(shí)對(duì)全過(guò)程信息進(jìn)行集約管理和共享。

4.氣象數(shù)據(jù)共享與服務(wù)

按照“集成統(tǒng)一、共建共享”的原則，嚴(yán)格遵循 SOA 架構(gòu)規(guī)范，采用高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)功能。氣象數(shù)據(jù)共享與服務(wù)流程如圖2所示。提供的所有數(shù)據(jù)和產(chǎn)品均按照氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)MUSIC接口規(guī)范創(chuàng)建新的服務(wù)接口獲取[6]。同時(shí)，為共享數(shù)據(jù)需求部門(mén)提供氣象數(shù)據(jù)目錄配置管理人機(jī)交互界面，進(jìn)行共享數(shù)據(jù)目錄增、刪、改、查操作。同時(shí)，為數(shù)據(jù)需求部門(mén)提供氣象數(shù)據(jù)共享目錄查詢權(quán)限，可了解氣象數(shù)據(jù)的共享服務(wù)范圍，支持通過(guò)Restful API接口等方式共享數(shù)據(jù)，可通過(guò)get/post等標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，獲得JSON返回?cái)?shù)據(jù)結(jié)果。最終為全省各級(jí)氣象業(yè)務(wù)和管理用戶提供信息共享和一站式在線服務(wù)，提高部門(mén)間數(shù)據(jù)共享的集約化和規(guī)范化。

5.全流程業(yè)務(wù)監(jiān)視

依據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控管理的規(guī)范化要求，對(duì)數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品上報(bào)及產(chǎn)品服務(wù)環(huán)節(jié)的任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，具體包括總體業(yè)務(wù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控、產(chǎn)品上報(bào)監(jiān)控和產(chǎn)品服務(wù)監(jiān)控，通過(guò)圖表結(jié)合形式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)情況的直觀展示，方便管理員了解本系統(tǒng)各業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行情況。實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)共享的全流程業(yè)務(wù)監(jiān)視，即氣象數(shù)據(jù)的采集、加工處理和共享情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控[7]。可從氣象要素維度、數(shù)據(jù)維度提取狀態(tài)信息，包括：數(shù)據(jù)采集情況、數(shù)據(jù)質(zhì)量情況（準(zhǔn)確性、完整性、規(guī)范性、一致性、關(guān)聯(lián)性）、數(shù)據(jù)加工處理情況（開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、總用時(shí)、超時(shí)、處理質(zhì)量）、服務(wù)發(fā)布情況。

四、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，各地區(qū)、各部門(mén)積極響應(yīng)國(guó)務(wù)院加快推進(jìn)信息系統(tǒng)整合共享的號(hào)召，促進(jìn)跨地區(qū)、跨部門(mén)、跨層級(jí)數(shù)據(jù)互聯(lián)互享。面向各部門(mén)對(duì)氣象數(shù)據(jù)愈加迫切的實(shí)際需求，以破除不同數(shù)據(jù)源間的數(shù)據(jù)融合障礙和技術(shù)藩籬為目標(biāo)，在氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范基礎(chǔ)上，建設(shè)氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣象信息資源的互聯(lián)互通和高效共享。

系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)，將各部門(mén)不同的共享數(shù)據(jù)需求以每個(gè)微服務(wù)功能方式封裝到可虛擬化快速部署的Docker容器中，構(gòu)建高伸縮性的數(shù)據(jù)服務(wù)，便捷地進(jìn)行氣象服務(wù)的持續(xù)開(kāi)發(fā)和集成，滿足不斷拓展、多種多樣的氣象數(shù)據(jù)共享需求。目前，該系統(tǒng)已在福建省氣象部門(mén)應(yīng)用環(huán)境中部署運(yùn)行，通過(guò)業(yè)務(wù)應(yīng)用證明了該系統(tǒng)在面對(duì)多部門(mén)的數(shù)據(jù)共享需求時(shí)大大降低了開(kāi)發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)高可用性，具有可持續(xù)發(fā)展的潛力。

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作者單位：福建省氣象信息中心

責(zé)任編輯：王穎振、鄭凱津