海洋预报▏基于WebGIS的青岛海洋气象预警系统
一、引言
随着公众气象意识的增强，人们对气象信息的需求越来越高，同时伴随着气象业务信息化建设步伐的加快，气象部门近几年来集中力量到公共气象服务中，海洋气象服务也是其中一部分，因此中国气象部门将进一步加强海洋观测系统，提高海洋预报服务的能力和预报精细化水平。推动陆海联动，推动海洋渔业、沿海港口物流和旅游业等全面发展，本研究以海洋气象基础数据库为支撑，采用WebGIS技术开发青岛海洋气象预警服务系统，实现了天气实况监测预警、精细化数值预报产品制作、气象要素检验评估、海洋灾害天气自动识别报警等基本功能。该系统有效利用全国综合气象信息共享平台（CIMISS），解决了数据区域化不能共享的问题，通过海陆实况天气与交通信息可视化，辅助决策者指导车辆通行、船只航道通航、渔业捕捞、景区游览等。为海洋气象业务高效运行、管理提供了重要支撑。
二、系统设计及关键技术
⒈后台数据加工整合技术
支持本系统的气象数据主要包括基本信息数据，如青岛城市及周边海域风情雨情实况数据、天气形势场监测和预报数据、雷达数据、近海气象预报数据等；从数据处理角度来说主要数据类型为地图切片数据，此类数据在发布之前先进行地图切片缓冲。发布时富客户端通过运用相关空间算法运算出当前用户浏览位置所需要的切片名称，并相继从服务器端下载；获取切片数据后，富客户端再进一步通过相应算法将切片进行拼接，最终形成无缝地图。
⒉标准格式数据共享
CIMISS由于其数据环境的统一性和高效性，本系统可以通过修改区域代码来适用于全国范围内任何一个或多个县级以上行政区气象部门。在其他地区灾害性天气发生时，值班预报员不再需要通过不同的气象资料检索平台检索并判断天气的发生发展情况，也不在需要通过各种通讯手段传达信息至相关部门，这样可以节省预报人员的大量时间和精力，而且一定程度上避免了因工作失误而没有及时发觉和传达突发性天气灾害的发生，如果预报人员和决策人员没能及时获取第一手灾害天气信息，则会影响到预报的及时订正、更会导致灾害应急工作没能及时启动等一系列的恶性连锁反应。因此，系统的第二需求是能够实时监测识别灾害性天气和自动整理分析及制作相关实况信息产品。以实况天气数据为例展示依据站点站号获取地面数据过程：
⑴接口ID
+"&interfaceId=getSurfEleByTime"
⑵必选参数（按需加可选参数），资料：中国地面逐小时
+"&dataCode=SURF_CHN_MUL_ HOR"
⑶检索要素：站号、站名、小时降水、气压、相对湿度、能见度、2 min平均风速、2 min风向
+"&elements=Station_ID_C，PRE_1h，PRS，RHU，VIS，WIN_S_Avg_2mi，WIN_D_Avg_2mi，Q_PRS"
三、系统实现
海洋预警系统主要包括天气实况展示、7大功能区叠加分析、雷达图预警指挥、数值预报产品展示、站点预报检验评估等功能模块，系统功能结构如图1所示。
图1 系统功能结构图
⒈天气实况展示
该模块包括风场、能见度、相对湿度等天气情况的实时展示，以风场为例，主要功能有：⑴默认青岛及其海岸站点和浮标的风速分布图（见图2）；⑵在详情列表点击某一条站点数据时，地图定位到相应位置，有红色闪烁；⑶双向关联风情显示，鼠标点击某个城市站点后，显示最近24h的整点风速观测曲线图。
图2 实时风情展示
⒉功能区分析
发展智慧型、专业化、个性化的天气预报业务，满足政府、企业、社会公众等各个层面对气象预报的需求。本平台所研发的客户端产品表现内容和表现方式主要基于3个方面来考虑，一是将不同的气象数据可以来回切换，以完善不同用户关心区域的敏感天气类型不同的局限性；二是最大程度的将气象信息通俗化，以便公众一目了然的了解天气发生发展情况；三是将天气形势场监测实况与不同用户所关心的功能区集成展现，所以我们在地图左下角引入了7大功能区导航功能，点击导航图后便会精确定位到相关区域，以便为具有一定气象背景的专业用户或决策部门提供天气参考依据。以上3点可以人性化的实现不同的用户对关心区域进行特定天气类型的影响分析。以下是交通航线功能区，打开船舶图层来分析能见度对船舶航线的影响（见图3）。该图层显示船只的详细信息，包括船只的类型、大小、状态、吃水、船速等信息。与区域性能见度实况信息进行综合分析，海上交通部门迅速形成船只调度方案。
图3 船舶信息图
⒊雷达数据可视化表达
在实况监测中，雷达数据的显示功能也为不同需求的用户提供了浏览最新数据的快捷方式。选择雷达项，即可浏览到青岛地区的雷达数据。主要对其进行解析，将数据在地图上进行可视化显示。
⑴后端数据解析：
①获取txt格式数据
FileInfo lastInfo=FileHelper.GetLastFileInfo(path, "*.txt");
②根据文件名截取时间信息
stringtime=line.Substring(line.IndexOf(date),8);vm.DateTime=DateTime.Parse(date+" "+ time);
③检索要素：经度、纬度、强度
vm.Latitude=float.Parse(line.Substring line. IndexOf("纬度"), 7).Trim());
vm.Longitude=float.Parse(line.Substring(line.IndexOf“(经度"), line.IndexOf("强度")-line.IndexOf("经度")).Trim());
vm.Value=float.Pars(line.Substring(line.Index Of("强度"), line.IndexOf ("仰角")-line.IndexOf ("强度")).Trim());
⑵前端可视化表达：
在地图上绘制雷达符号
dojo.forEach(data, function (item) {var point=new Point(item.Longitude,item. Latitude,map.spatialReference);
varsymbol=newPictureMarkerSymbol().setUrl(GetImage(item.Value,item.Hour)).setWidth(14).set-Height(14);vargraphic=newraphic(point,symbol,{"Name":item.Value });graphicLayer.add(graphic);});
图4 雷达信息图
雷达监测功能如图4所示，不同的颜色代表不同的阈值。在地图的下方配以dBZ图例，它的值越大出现大风、冰雹等强对流天气的可能性越大。基于雷达数据进行中小尺度分析，统计最近3a出现冰雹强对流天气的青岛雷达资料，包括近万个体积扫描资料（青岛雷达站2006年5月正式投入使用），得到以下中小尺度指标：①雷达回波最强位置的dBZ值大于等于50；②雷达回波最强位置在回波发展初期为悬垂状态；③回波悬垂区域高度值处于0～-20℃之间，或更高；若满足以上3 个指标，雷达回波产生冰雹的可能性较大。
⒋精细化数值预报
数值预报产品主要包括10m风、阵风、能见度等精细产品。图片名称：2017070708_vis_2017070709.png，表示2017年7月7日上午8时能见度精细化预报产品，后面的时间为预报日期。图片间隔为1h，每次起报72h，含当前时次，一共73张时序产品。阵风数值预报产品如图5所示。
图5 数值预报产品图
精细天气预报包含“精”和“细”两方面的内涵。“精”即为精确，天气预报准确率要高，这是天气预报精细化的基础；“细”是指气象要素及相关气象灾害在空间、时间以及强度、量级上的细化程度，是天气预报精细化的主要任务。天气预报的精细化，是天气预报技术发展到相对成熟阶段的必然趋势，也是目前气象服务面临的迫切需求。
人们希望气象有关部门能够提供在空间和时间上更为精细准确的预报产品，而这些预报由预报员依照传统的作业流程逐一做出是不现实的，因此做好客观预报是做好精细化气象预报的首要任务。
⒌检验评估
本文选取2017年2月～2017年3月逐日08时和20时起始预报的3h阵风（m/s）、能见度（km）、10m风速（km）。检验区域：青岛站点及周边海域浮标站点。图6给出董家口浮标站在7日和8日08时起报的阵风实况和预报曲线。由图可见从08时～17时预报值较实况偏小，且随时间推移偏小程度逐渐趋于零，直到20时预报开始大于实况，且该时偏差较大。通过对预报情况的检验评估使预报员对其预报有更好的把握，进一步提高预报质量。
图6 检验评估图
四、结束语
青岛市海洋气象预警服务平台以WebGIS的形式将青岛市海区地理信息数据与近海实况观测、雷达数据动态展示、精细化数值预报、检验评估等海洋气象信息有机结合起来，实现了海洋气象相关单位快速定位查询及信息叠加分析，为采取防御气象灾害措施提供有力的参考，CIMISS 数据的接入也积极响应了国家统一气象数据格式的号召，有助于实现全国数据共享，提高应对灾害的响应速度，也有助于提高青岛市海洋气象预报服务的水平。
【作者简介】文/李建伟 季民 孙勇，分别来自山东建筑大学测绘地理信息学院和青岛鼎图空间信息技术有限公司。第一作者李建伟，1992年出生，男，山东建筑大学测绘地理信息学院，硕士在读，主要研究方向为GIS。文章来自《海洋预报》（2018年第2期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者与出版社共同拥有。
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