GIS技术在气象服务网站的应用

周丽丽 　张悦　李永超　夏葳

摘 要：随着电子信息技术的不断发展，GIS技术（地理信息系统）也越来越完善，GIS被运用到社会生产的各个领域之中，大大促进了经济建设的步伐。气象服务网站与我们日常生活息息相关，因此就需要把GIS技术应用到气象服务网站中，深刻认识GIS技术及其相关特点，以便更好地把这项技术在气象服务网站中得到更好的运用。本文将从GIS技术在气象服务网站建设工作的具体运用的相关方面来阐述。

关键词：GIS技术；气象服务网站；地理空间数据库

Abstract：With the continuous development of electronic information technology，GIS technology（geographic information system）is also more and more perfect， GIS is applied to all areas of social production，greatly promoting the pace of economic construction.The meteorological service website is closely related to our daily life， so we need to apply the GIS technology to the meteorological service web site， and deeply understand the GIS technology and its related characteristics， so as to better use this technology in the meteorological service website.

Key words：GIS technology；meteorological service website；geospatial database

一、GIS技術已经气象服务网站概述

（一）GIS技术概述

GIS技术（Geographic Information System）也被称为地理信息系统技术，就是指以地理科学为技术理念核心，以计算机科学、计算机技术、遥感技术和信息科学为具体的运用工具的一项技术；通过建立完善的地理空间数据库，以电子信息相关工具收集、整理、计算地理空间相关数据并对数据进行整合与模拟，从而做到对现实地理情况的实时模拟。GIS系统的基本功能就在于数据的采集和数据的转换。

与传统地图相比，地理信息系统具有以下优势：首先所承载信息量大，使用方便，地理信息系统在本质上是一种计算机软件，能够承载过去传统地图无法想象的信息量。其次，地理信息系统具有多种功能，可以提供查询检索、空间分析、修改补充、距离测算等多种功能。最后，地理信息系统系统能够提供实时的空间数据变化状况。目前，GIS系统已经广泛运用于我国社会生活的方方面面，例如城市消防、环境监测、资源调查、城市规划、军事决策等等方面。

（二）气象服务网站概述

气象网站服务就是指以提供相关气象信息为经营手段的网站。目前，主要的气象服务网站有四大类功能。首先是为供决策为目标的决策气象服务网站，就是指为国家各级政府部门的相关决策提供气象方面依据的服务平台。其次是公众气象服务网站，主要是指专门为普通公众提供与日常生活息息相关的气象信息的服务网站。再则是专业气象服务，就是指为各行各业的日常生产经营活动提供相关气象信息的服务。最后是指科技服务，就是为专为科研活动进行而提供的气息信息服务。这四种气象服务网站的功能在使用中各有侧重，但是都是在完成对相关气象信息数据的处理上实现的。目前，在我国气象服务网站主要面对的是普通民众，旨在为人民群众的生活提供更加方便、准确、及时的日常气象服务。

二、气象服务网站系统设计

（一）维度设计

网站维度设计就是对不同业务活动的属性进行整理集合，是服务网站系统设计的基础。结合GIS技术思想和应用，气象服务网站的维度设计可以从地理分区、气象要素、时间分层和表现方式四个方面来进行，再结合不同地区对气象服务的要求选择恰当的GIS分析对象。

在我国目前的气象地理信息系统建设和气象观测站分布状况之下，地理分区可以大致分为中国、区域（华东、华北、西南、东北等等）、省、州市四个不同的级别。GIS气象要素一般包括降水、气温、地温、湿度等十二个要素，时间分层包括年、月、旬、日、小时五个等级。

气象服务网站常用维度设计常用的表现方式包括表格、动画、一维二维和三维分析图、列表等等，目前三种维度分析图的方式最为常用。其中时间尺度与时间周期设计是一维分析图的主要关注点，而地理及气象要素的图形分析则是二维分析图的重点，包括色标、背景、等标线等等。三维分析图为了达到对气象的综合分析，提高气象预测准确性和服务质量需要将分析图与材质、高程模型数据以及站点标注等进行紧密的结合。

（二）系统分层

系统分层是对维度分层的延伸，将理想化的维度设计真正体现在网站的软件系统架构之中。一般来说地面气象GIS服务系统分为逻辑相互关联的七个层次，包括数据输入层、GIS加工层、web应用层、门户层、系统控制层、格点场层和客户端层。进行系统分层设计的主要目的是完善不同层次间的分工协作，保证气象服务系统的顺利运行，系统收集而来的各气象要素的相关数据在加工后到格点场集合，之后通过GIS工具——IDV的应用将GIS数据与初始数据进行融合，在对数据进行进一步的加工成为图形信息之后可以被数据层以及门户层所使用。气象服务网站系统的信息获取时间周期可以根据服务类型的不同进行适当的调整，以操作层的气象信息共享平台为支撑可以对区域内的气象资料进行定时自动采集，并将其存入数据库之中。离散站点数据在格点场层中要经过处理和转换中才可以被识别和应用。此外格点场的图形经过GIS层的分析融入DEM、地理便捷等地理信息之后才可以被发布至web应用层。

（三）工作流时序

科学合理的时序设计是气象服务网站自动化运行的必要条件。与一般的服务类型相比，气象服务对于规范性和精确性的要求更高，为了满足气象数据采集的需求可以对不同的区域和时间尺度之间的GIS服务产品进行挂测。以GIS应用为基础的气象服务网站工作流时序根据时间尺度的不同也会存在差别。以月、旬、日为单位的GIS分析图一般在每个时间段末期进行统计计算，例如每日的21时、月末和旬末，日GIS分析图在22时格点场计算完成，10分钟之后可以在网站提供气象公众服务。以小时为尺度的GIS分析图在30分钟的时候完成数据入库和初步的统计、排错、加工处理，GIS分析图格点场计算在35分钟时完成，10分钟后可以在网站发布气象服务相关讯息。

三、GIS在气象服务网站的应用技术要点

（一）基于GIS技术的气象信息数据评价

通过利用GIS技术对地理空间信息数据的收集和整理，实现空间图形和具体数据的结合，将抽象的气象信息数据表现的更加具体、直观。在GIS系统中实现对各方面气象信息数据的分析，从而综合地对通过多种手段收集到的具体数据进行多方面的评价。

首先，通过数据化的方法，将空间图形转化为数据图像，通过卫星遥感、GPS定位和空间扫描等技术在大气空间中实现将实际具体的空间数据信息转化到计算机数据库之中，建立立体的三维矢量图。

其次，通过GIS技术将管理区域分块网格化。在實际操作研究中，现实情况中相关气象地理信息往往复杂多样，信息量巨大，为了减轻数据收集的工作量，降低计算机计算大片区域的计算负担，更加准确地收集、计算、整理相关气象信息，可以先利用 GIS 技术将所管理区域进行网格化。在网格化中的区域模块中来进行区域计算，然后在进行整合。

最后，将所有的气象信息进行整理，具象化在GIS系统所建立的三维模拟中，来保证能够更加直观的对气象变化情况进行评价。

（二）气象地理信息的查询

通过对GIS技术的运用，气象服务网站可以在气象信息管理系统中建立起一个地理空间信息数据库，通过对负责区域气象地理信息的收集、整理、计算和整合，将整个负责管理范围内的实时相关气象地理信息，包括区域内的实时气压、气温、空气湿度、降水量或未来可能降水量等具体的气象信息，从而建立一个覆盖区域广大、承载信息完备的气象地理信息管理系统。在这个系统中，气象服务网站能够为大众提供更加具体完整的实时气象数据，同时在GIS技术的帮助下，这些抽象的数据都能够通过直观的图形表现出来，帮助大众了解更加准确的气象信息。此外，气象服务网站还能够实现根据GIS系统所反映出的相关气象预报，来及时的向大众传达相关气象变化预警，来保证气象服务网站的便民性。在我国，对于气象地理信息的查询就是整个气象服务网站进行的主要服务。

（三）三维分析图技术处理

气象服务系统三维GIS分析图的处理难度要远远高于其他低维度的分析图。气象要素的分析和预测结果可以在处理完成的分析图上完整地展现出来，人们可以直接从图中观察到海拔、地形、地势等对于温度和降水等气象要素的影响。地理背景材质图、数值高程模型数据以及气象要素格点场数据的融合和分析需要巨大的工作量，而且对于数据处理人员的专业水准要求较高。此外由于需要充足的前期技术准备，对于计算机的硬件系统（中央处理器）等也提出了更高的要求。针对于此可以将复杂的大工程量工作进行简化和分环节处理，对地理分区的DEM软件进行转化，处理凭借为nc文件。如果需要分辨率较高的DEM高程文件则可以在免费的USGS GTOP030服务器上通过下载获取，降低计算机硬件内存的占有率。中国的四个大的区域块DEM文件可以通过Netcdf ToolUI工具转换为nc文件后进行拼接。为了避免IDV处理中地理背景材质图与气象要素分析图的交错混乱，可以增加前者的高程值，定义新的Jython工时后重新绘制。xidv包文件是三维分析图绘制的基础，因而要明确固定的地理标注、投影值以及动态变化的色标范围和等值线间隔属性。

四、总结

通过对GIS技术的正确使用，可以帮助我国气象服务网站保证工作效率，提高对于相关气象地理信息收集、计算、整理工作的准确性和便利性。对于气象服务网站来说，一方面需要为大众提供实时的气象信息数据，另一方面往往还需要为大众提供未来一定时期内的气象变化情况。利用GIS技术收集、计算、整理相关区域内的气象地理空间数据，来建立实时变化的气象地理信息数据库，帮助大众更好的在气象服务网站上实现对于气象信息的查询，保证信息的准确性得到一定的保障，从而更好的为社会大众提供更加及时、准确的气象信息。

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