广东省第十五届运动会气象服务系统设计与应用

赖鹏宇，黄天文，李厚伟，郭春辉

（肇庆市气象局，广东肇庆 526000）

广东省运动会是广东省规格最高、规模最大、水平最高的综合性体育赛事，第十五届省运会于2018年6—8月在肇庆举办。肇庆市位于广东省中西部，近年来暴雨洪涝、台风、冰雹、雷电、高温等气象灾害和极端天气频发。省运会举办时间恰逢盛夏季节，天气复杂多变。灾害性天气会给赛事和赛程造成严重影响，同时给气象保障服务工作带来巨大挑战。因此，有必要进行精细化气象服务系统建设和业务应用，进一步提高气象公共服务能力，为十五届省运会保驾护航［1-2］。郑思轶等［3］主要阐述了广东省气象台开发的SWIFT（雨燕）业务平台，主要涵盖天气实况的观测和统计、强对流监测预警、数值预报等关键技术；胡胜等［4］对北京2008年奥运会天气预报示范项目和临近预报系统等进行了深入的阐述，其中8个临近预报系统总体上提高了短时临近天气预报的能力；曾沁等［5］介绍了已经投入应用的广州亚运会气象预报系统，针对2010广州亚运会气象服务，并发挥了重要的作用；为了进一步提高第十五届省运会的气象服务能力，肇庆市气象局基于本地的各个运动赛事场馆，结合WebGIS等技术研发了广东省第十五届运动会精细化气象服务系统，实现了各个运动场馆周边的精细化预报预警服务，及时向组委会提供未来逐小时的天气预报，使得第十五届省运会在肇庆市举办完满成功［6-7］。

1 系统简介

利用基于Web发布的地理信息系统Map-GIS，采用了HTML5技术、B／S架构，通过运用前端的处理技术，实现第十五届省运会重点地区的气象实况自动显示，以及雷电监测、强降水监测、大风监测和比赛场馆未来3 d逐3 h的天气预报预警等气象服务信息。该系统主要包含后台技术支撑、网站显示和微信发布等模块，形成科学客观的精细化产品为第十五届广东省运会保驾护航［8-9］。

系统的前台页面使用了HTML5的功能来使前台页面的反应更快，能够提供丰富的菜单栏，用CSS技术能让用户界面简单且美观，后台控制程序运用的是.Net语言，前后台数据交换使用了ajax技术［10］。系统主页面见图1所示。

图1 系统主页面

2 系统主要功能设计

通过对广东省第十五届运动会气象监测预报服务工作的需求进行分析，确立了广东省第十五届运动会气象服务系统功能模块主要包含天气实况、气象预警、精细化预报、气候背景、气象科普等模块。各个功能模块均可实现更便捷的交互功能及操作界面。

2.1 天气实况

天气实况模块主要由实时查询、数据存储、自动采集等构成，该模块对天气雷达、气象卫星、自动站等基础数据自动采集、处理和存储，可实现天气实况实时查询。

雷达回波可实时叠加在全市地图上，可实时监测降雨、短时大风、强降水、暴雨等天气的影响情况。

天气实况的要素包括温度、瞬时风、能见度、气压、平均风、时雨量、日雨量、08：00（北京时，下同）雨量、湿度、气压。点击叠加“自动站名”，可查询任意自动站的实况信息（图2）。

在天气实况界面上，可查询到各个比赛场馆的实时的气温、降水、风向风速和湿度，点击界面上的气球符号即显示比赛场馆的实况信息。

图2 天气实况图

2.2 气象预警

气象预警模块主要由几个部分组成：预警条件设置和预警分析处理以及预警结果编辑等。通过分析运动会气象预警模型，对气象预警发布的条件进行设置；根据运动会气象预警模型、前期实况、未来预报状况等基础数据进行预警分析处理，并进行编辑，从而得到运动会气象预警结果。

2.3 精细化预报

精细化预报模块主要由定位、数据分析、标注、地形漫游、图层控制等组成。该模块可以掌握管理静态运动会场地地形数据以及运动会场地动态的降雨量数据，甚至是运动会期间可能面临的灾害概率预报数据。不同时间不同日期精细化预报降雨量、温度等。场地地形数据通过前期栅格化处理操作会被存储到空间数据库中，被当作固定数据从而为系统调用服务。而动态场地降雨量数据会经过地理信息程序栅格化处理从而产生空间数据，并被存储到空间数据库中。

精细化预报是基于省气象台的智能网格预报平台，结合数值预报、肇庆本地气候条件、天气实况、预报员经验等最后订正的结果。该模块可查询本市范围内任意经纬度的温度、降水、风向风速、湿度等未来3 d的逐3 h预报情况（见图3）。

图3 精细化预报图

2.4 气候背景

气候背景模块主要是针对广东省运动会期间在肇庆市不同时间段、不同的地理位置所表现出来的气候背景特征，从而有针对性的提供服务（图4）。

图4 图4 2018年6—8月肇庆市各要素气候值分布

3 系统关键技术

3.1 MapGIS技术

WebGIS是在因特网环境下的一种计算机信息系统，该系统可以存储、分析以及显示地理信息。WebGIS的核心理念就是通过网络显示地理信息，从而用户可以通过浏览器进行访问与查阅地理信息系统相关的数据与功能服务。WebGIS系统中比较具有代表性的就是MapGIS，MapGIS拥有百分百自主知识产权，另外也是基于新一代GIS开发模式和GIS架构的地理信息系统基础平台。

目前MapGIS二次开发库主要以API函数、MFC（Microsoft Foundation Class）类库、Com组件、ActiveX控件4种方式提供。开发库被封装在若干动态链接库（DLL）中。

本研究所阐述的二次开发是调用了API函数来进行的，API函数在使用方法上与Windows的API函数完全一样，因此是独立于开发工具的。API函数是基础，使用上最灵活，但技巧性要求也最高。API中提供＿FindNearCMYKColor、＿FindNearColor、＿SetPenColor等函数完成颜色的转换。出于安全方面的考虑，没有将建MapGIS管理过程的函数引出，故一定要在平台上进行操作才能建立MapGIS管理过程。以下为核心代码及绘图的工具及变量［11］。

3.2 Surfer软件的应用

色斑图是气象工作者常用的气象要素图形显示方法，为了使气象公共服务材料美观、形象，较直观地给出气象要素的分布情况。

Surfer软件是一套在Windows操作环境下运行的二维和三维图形绘制软件，主要功能是绘制等值线色斑图，Surfer软件在Web环境中应用的具体配置方法是：启动DCOM组件配置程序，设置Surfer组件安全属性，授予Network Service用户组远程访问的权限，以支持网络访问，同时需要授予特定用户访问该组件的用户权限。客户端通过提交相应请求，触发服务器端调用Surfer COM组件即可完成等值线图绘制。

将站点资料处理成格点资料以后，利用Surfer COM组件的Contour功能便可进行等值线图的绘制。系统可自动设置等值线的间隔并绘制等值线，用户也可以根据自己的需要设计等值线间隔，决定是否填充等值线等。

图5 Surfer软件生成的气温色斑图（单位：℃）

用Surfer COM组件的overlay功能可以将同一坐标的多个图形进行合并，从而达到等值线图与底图合并的目的［12］。图5为Surfer软件生成的气温色斑图。利用基于Web发布的地理信息系统MapGIS，采用了HTML5技术、B／S架构，通过运用比较前端的处理技术，设计了广东省第十五届运动会气象服务系统，链接到广东省第十五届运动会的官方网站，为公众提供省运会各赛区场馆天气实况、未来3 d的天气预报、各地气象灾害预警、精细化预报、气象实况自动显示，以及雷电监测、强降水监测、大风监测预警、比赛场馆未来3 d逐3 h的天气预报和天气预警，省运会期间的气候背景等气象服务信息，提高了气象公共服务能力，在2018年6—8月的第十五届省运会气象保障服务中，取得很好的服务效果。