黃榮成，趙金彪，曾小團，鐘祥平

（廣西區(qū)氣象臺，南寧，530022）

廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)

黃榮成，趙金彪，曾小團，鐘祥平

（廣西區(qū)氣象臺，南寧，530022）

為滿足省、市、縣三級臺站海洋氣象預(yù)報服務(wù)需求，基于WebGis網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)了廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)具有功能豐富、綜合信息量大、高度集約化、便于維護管理等特點，主要功能包括海洋災(zāi)害性天氣監(jiān)測、臺風(fēng)監(jiān)測預(yù)報、海洋精細化預(yù)報制作、海洋綜合預(yù)報產(chǎn)品展示、數(shù)值產(chǎn)品瀏覽、預(yù)報質(zhì)量檢驗等，對海洋氣象服務(wù)所需的信息資源和預(yù)報業(yè)務(wù)流程進行了充分整合，對提高廣西海洋氣象服務(wù)水平有重大促進作用。

海洋氣象；WebGis；監(jiān)測預(yù)警；系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著北部灣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)國家戰(zhàn)略的實施，廣西北部灣沿海經(jīng)濟取得了長足發(fā)展。然而北部灣地區(qū)大氣/海洋災(zāi)害頻繁發(fā)生，近海則表現(xiàn)為風(fēng)、浪和風(fēng)暴潮相結(jié)合引起的災(zāi)害，近岸則主要表現(xiàn)為風(fēng)與暴雨以及暴雨引起的洪水和由其誘發(fā)的滑坡、塌方、泥石流等災(zāi)害［1］，北部灣沿海經(jīng)濟建設(shè)受到嚴重影響，準確及時的海洋氣象預(yù)報服務(wù)顯得尤其重要。近年來，廣西積極投入海洋氣象監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)，建成了多個海島自動觀測站、浮標站、梯度風(fēng)觀測塔和沿海新一代天氣雷達等投入業(yè)務(wù)使用，如何充分應(yīng)用這些新型資料以提高海洋氣象預(yù)警水平成為關(guān)鍵。李滿［2］等開發(fā)了廣西氣象數(shù)據(jù)共享平臺，極大方便了資料的研究和應(yīng)用，黃永璘［3］、梁維亮［4-5］和曾鵬［6］等將GIS技術(shù)應(yīng)用于廣西山洪和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺開發(fā)中，取得良好的業(yè)務(wù)效益。通過借鑒前人研發(fā)經(jīng)驗［7-9］，本研究以海洋氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為支撐，采用WEBGIS技術(shù)［10-13］開發(fā)廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)，囊括了臺風(fēng)監(jiān)測、天氣實況監(jiān)測預(yù)警、精細化預(yù)報制作、海洋綜合預(yù)報產(chǎn)品展示、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品展示、海洋災(zāi)害性天氣風(fēng)險評估、預(yù)報質(zhì)量檢驗、業(yè)務(wù)文件管理等基本功能，實現(xiàn)海洋災(zāi)害天氣自動識別報警、全區(qū)海洋氣象數(shù)據(jù)共享及港口、海島、航線精細化要素預(yù)報產(chǎn)品的集約化制作和發(fā)布，規(guī)范了海洋預(yù)報業(yè)務(wù)流程，具有信息集成度高、表現(xiàn)形式多樣、操作功能豐富、易于維護和擴充等特點，并銜接全國海洋氣象信息業(yè)務(wù)共享平臺，為全區(qū)海洋氣象業(yè)務(wù)高效運行、管理和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化提供了重要支撐。

1　設(shè)計思路及架構(gòu)

1.1設(shè)計思路

系統(tǒng)設(shè)計遵循四大原則，第一易用性原則，方便上網(wǎng)用戶瀏覽和操作，最大限度地減輕業(yè)務(wù)人員的負擔(dān)，做到既要符合預(yù)報員習(xí)慣，又要能簡單快捷處理所有業(yè)務(wù)；第二，業(yè)務(wù)完整性原則，對于業(yè)務(wù)進行中的特殊情況能夠做出及時、正確的響應(yīng)，保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性；第三，業(yè)務(wù)規(guī)范化原則，在系統(tǒng)設(shè)計的同時，也為將來的業(yè)務(wù)流程制定了較為完善的規(guī)范，具有較強的實際操作性；第四，可擴展性原則，系統(tǒng)設(shè)計要考慮到業(yè)務(wù)未來發(fā)展的需要，要盡可能設(shè)計得簡明，各個功能模塊間的耦合度小，便于系統(tǒng)的擴展。如果存在舊有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，則需要充分考慮兼容性。

基于氣象數(shù)據(jù)格式不同的情況，系統(tǒng)設(shè)計可從標準的Diamond格式的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品文件中獲取數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品結(jié)果，并以地圖方式展示不同數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品預(yù)報結(jié)果，能夠解析MICAPS格式、grads格式、grib2格式數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品結(jié)果。根據(jù)不同預(yù)報產(chǎn)品采用色斑圖、流線圖、格點標注等方式展示預(yù)報產(chǎn)品結(jié)果。

1.2系統(tǒng)架構(gòu)

廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)以海洋氣象服務(wù)需求為牽引，以氣象信息數(shù)據(jù)庫為支撐，采用當(dāng)前主流的計算機應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，以WEBGIS技術(shù)方式進行展示，建立以網(wǎng)絡(luò)傳輸方式為途徑的海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)。其框架按照區(qū)市縣三級臺站業(yè)務(wù)分工及業(yè)務(wù)流程進行了科學(xué)設(shè)計和布局，建立起基于WEB網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的海洋氣象預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了臺風(fēng)監(jiān)測預(yù)警、沿海天氣實況監(jiān)測預(yù)警，精細化預(yù)報制作，海洋綜合預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品展示、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品展示及其他信息的共享和快速反饋，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1a、b（見彩頁），從而具備上下級臺站災(zāi)害天氣實時聯(lián)防、預(yù)報預(yù)警人機交互制作、科技成果集成應(yīng)用和決策服務(wù)信息發(fā)布等功能。

系統(tǒng)服務(wù)器布設(shè)于省級臺站，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，市縣臺站使用IE瀏覽器就能登錄系統(tǒng)平臺客戶端，并可通過平臺進行海洋氣象相關(guān)監(jiān)測及預(yù)報分析，產(chǎn)品制作等，這樣一方面能夠充分發(fā)揮省級臺站的技術(shù)優(yōu)勢，另一方面又能將市縣預(yù)報人員從系統(tǒng)平臺維護中解脫出來，節(jié)省了人力物力。系統(tǒng)平臺的部署采用了雙機熱備技術(shù)，配備兩個刀片式服務(wù)器和一個磁盤陳列作為集群，若當(dāng)前運行服務(wù)器發(fā)生故障時，集群系統(tǒng)可以把IP、業(yè)務(wù)等資源切換到備用服務(wù)器上，確保廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)能連續(xù)對外提供服務(wù)，可靠性得到極大提高。

2　系統(tǒng)主要功能

2.1臺風(fēng)監(jiān)測預(yù)報

臺風(fēng)監(jiān)測包括廣西臺風(fēng)實時監(jiān)測預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)以及中國臺風(fēng)網(wǎng)等臺風(fēng)信息共享網(wǎng)頁鏈接。其中的廣西臺風(fēng)實時監(jiān)測預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)是廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)項目的重要組成部分，其主要功能有：臺風(fēng)實時信息監(jiān)視（臺風(fēng)管理）、風(fēng)雨實況、極值統(tǒng)計、天氣形勢同步、預(yù)報評估、臺風(fēng)路徑強度預(yù)報、臺風(fēng)預(yù)報檢驗等（圖2，見彩頁），其中臺風(fēng)信息監(jiān)視頁面同時顯示了各主要臺風(fēng)模式的預(yù)報產(chǎn)品，通過將實況和模擬結(jié)合，預(yù)報員便于分析臺風(fēng)未來走向及強度變化情況，界面背景地圖可通過鼠標滾輪放大縮小，操作極為人性化。臺風(fēng)管理則提供了點、線、區(qū)域三種方式及按年、月快速查詢歷史相似個例臺風(fēng)。臺風(fēng)預(yù)報界面提供了預(yù)報查詢、報文讀取、截圖輸出、打印報文、撤銷、保存等按鈕，通過表格式的輸入臺風(fēng)路徑、強度信息然后一鍵式分發(fā)，為預(yù)報員制作臺風(fēng)預(yù)報提供了極大便利。

2.2天氣實況監(jiān)測預(yù)警

天氣實況監(jiān)測預(yù)警模塊主要是包含了災(zāi)害性天氣監(jiān)測、天氣實況要素、浮標站要素及衛(wèi)星云圖、雷達等氣象綜合信息查詢。災(zāi)害性天氣監(jiān)測及天氣實況要素查詢主要是通過設(shè)定強降水、最大風(fēng)速、能見度、最高溫度等閾值以實時監(jiān)測廣西海區(qū)及境內(nèi)災(zāi)害性天氣分布情況，通過點擊災(zāi)害天氣圖標可以得到該類天氣在該站點的逐小時分布圖，同時在右側(cè)將監(jiān)測到的災(zāi)害天氣統(tǒng)計站數(shù)以列表形式列出。浮標站要素查詢以表格形式和要素綜合時序圖展示浮標站每隔10分鐘一次的實時海洋氣象資料信息。衛(wèi)星云圖、雷達回波監(jiān)控預(yù)警及氣象信息綜合平臺等是通過連接形式接入到海洋氣象預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的，方便業(yè)務(wù)人員分析觀測資料，開展海洋精細化預(yù)報服務(wù)。

2.3精細化預(yù)報制作

精細化預(yù)報制作平臺是基于GIS開發(fā)的平臺，主要界面如圖3（見彩頁）所示。平臺同樣是以網(wǎng)頁訪問登錄方式在高分辨率地理信息上實現(xiàn)，在該平臺上各級臺站能夠制作完成所轄沿岸海區(qū)和港口、島嶼氣象要素精細化預(yù)報產(chǎn)品，統(tǒng)一保存入庫評分檢驗。為滿足不同預(yù)報員制作喜好，平臺設(shè)置了兩種產(chǎn)品制作方式，一種為在左側(cè)浮動窗口上填上相應(yīng)的要素值后直接在地圖上繪制落區(qū)，一種為表格方式進行要素填寫。產(chǎn)品制作完成后，將在地圖上顯示相應(yīng)的圖標和數(shù)值，方便預(yù)報員進一步檢查訂正。另外，該平臺提供了多種海洋格點化數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品參考，市級臺站也可以導(dǎo)入?yún)⒖紖^(qū)臺、中央臺的指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品，并以指導(dǎo)產(chǎn)品為初始場進行進一步訂正、上傳，真正體現(xiàn)逐級指導(dǎo)的預(yù)報產(chǎn)品集約化制作流程，確保預(yù)報結(jié)論上下一致，統(tǒng)一對外開展相關(guān)預(yù)報服務(wù)。

2.4其它主要子系統(tǒng)功能簡介

海洋綜合預(yù)報產(chǎn)品主要是集中展示中央臺、區(qū)臺、市臺海區(qū)（港口）預(yù)報結(jié)果及EC細網(wǎng)格、NWPA等海浪模式產(chǎn)品，供預(yù)報人員參考使用。

數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品包括了本地運行模式、華南區(qū)域海洋模式、單站要素（剖面）等模式客觀分析產(chǎn)品，按照預(yù)報員分析習(xí)慣，將海洋氣象預(yù)報預(yù)警常用物理量信息列為菜單，預(yù)報員可以按需要調(diào)用，分析形勢特征。

災(zāi)害性天氣個例則提供了海上大風(fēng)、海霧、風(fēng)暴潮等個例的檢索以及近海大霧、臺風(fēng)暴雨、暖區(qū)暴雨等天氣預(yù)報概念模型，為預(yù)報員查找類似個例以及掌握典型海洋災(zāi)害性天氣概念模型提供學(xué)習(xí)平臺，幫組提高海洋氣象預(yù)報水平。

預(yù)報質(zhì)量檢驗分為臺風(fēng)預(yù)報質(zhì)量實時檢驗及沿海城鎮(zhèn)天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗兩部分。臺風(fēng)預(yù)報質(zhì)量檢驗是針對各級臺站對所有影響臺風(fēng)路徑、強度預(yù)報的業(yè)務(wù)考核評分；沿海城鎮(zhèn)天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗包含了所轄海區(qū)和港口、航線站點要素預(yù)報評分，方便預(yù)報員查找誤差偏向，對預(yù)報結(jié)論進行進一步訂正。

3　系統(tǒng)的總體技術(shù)框架

3.1氣象信息數(shù)據(jù)庫

支撐廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)的氣象信息數(shù)據(jù)庫由分布在廣西氣象寬帶局域網(wǎng)上多個MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫組成，包括臺風(fēng)信息數(shù)據(jù)庫、自動站數(shù)據(jù)庫、水情數(shù)據(jù)庫、預(yù)報產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫等?；跉庀髷?shù)據(jù)存儲量非常大的特點，分別布置不同數(shù)據(jù)庫管理不同的氣象數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)管理和維護，系統(tǒng)設(shè)計使用了MicrosoftSQL Server2005的分區(qū)表技術(shù)來提高性能，分區(qū)表是把數(shù)據(jù)按某種標準劃分成區(qū)域存儲在不同的文件組中，從而可以快速有效地訪問和管理數(shù)據(jù)子集。

3.2系統(tǒng)研發(fā)采用的主要技術(shù)

本系統(tǒng)前端主要采用北京軒程通達科技有限公司的STFNet富客戶端框架以及Flex版本的STGis前端。海區(qū)預(yù)報制作在STGis客戶端基礎(chǔ)上擴展，采用Flex+WebService技術(shù)方式實現(xiàn)。系統(tǒng)所涉及到的等值線算法、Diamond格式數(shù)據(jù)處理算法等各種均采用北京軒程通達科技有限公司自主研發(fā)的算法。系統(tǒng)開發(fā)不涉及任何第三方非授權(quán)組件。

本系統(tǒng)后臺采用基于.Net架構(gòu)，主要基于Java的B/S架構(gòu)開發(fā)，相關(guān)算法部分模塊采用C/C++開發(fā)，GIS采用北京軒程通達科技有限公司的STGis平臺。Web前臺應(yīng)用采用基于北京軒程通達科技有限公司STFNet For Java的RIA框架開發(fā)。WebGis前端采用基于Flex的STGis Client客戶端模塊。應(yīng)用接口采用基于.Net Remoting技術(shù)開發(fā)。平臺服務(wù)器采用Tomcat作為WebServer；地圖數(shù)據(jù)采用Google地圖數(shù)據(jù)。

4　結(jié)論與討論

研發(fā)的廣西海洋氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)具有功能豐富、綜合信息量大、高度集約化的特點，整合了可用資源和技術(shù)力量，可滿足當(dāng)前區(qū)、市、縣三級臺站的海洋氣象服務(wù)需求，為基層臺站提供了便捷的服務(wù)平臺；服務(wù)器維護由省級專業(yè)技術(shù)力量維護，預(yù)報員只在網(wǎng)頁客戶端上操作，消除了之前平臺散亂預(yù)報員既要維護平臺又要制作服務(wù)產(chǎn)品的情況，減少了各級臺站之間的低水平重復(fù)勞動，既節(jié)省了人力物力，又使得預(yù)報員能夠?qū)⒏嗑ν度氲教岣吆Ｑ髿庀蠓?wù)產(chǎn)品質(zhì)量和預(yù)報技術(shù)方法研發(fā)上；系統(tǒng)制作生成的服務(wù)產(chǎn)品各式與舊平臺的保持一致，保證了服務(wù)產(chǎn)品的通用性。

目前系統(tǒng)平臺在預(yù)報產(chǎn)品制作方面上主要依靠預(yù)報員主觀分析制作，還缺乏格點化客觀預(yù)報產(chǎn)品和要素訂正方法及工具的支撐，有待于在今后工作中加大海洋氣象預(yù)報預(yù)測方法研究，找出預(yù)報指標形成程序化自動參考，同時還應(yīng)加強海洋數(shù)值模式開發(fā)力度，提供更多高時空分辨率的精細化數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，以滿足海洋氣象精細化服務(wù)需求。

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Design of marine meteorology forecasting and early warning system

Huang Rong-cheng，Zhao Jin-biao，Zeng Xiao-tuan，Zhong Xiang-ping
（Guangxi Meteorological Observatory，Nanning Guangxi，530022）

Based on WebGis network technology，Guangxi Marine Meteorological forecasting and early warning system has been designed to meet the demand on marine meteorological service of the stations in provincial，city and county level.The system has many advantages，such as:rich function，large amount of comprehensive information，high intensification，maintenance friendly and so on.Its main functions include marine severe weather monitoring，typhoon monitoring and forecasting，marine fine forecast and marine comprehensive production display，numerical forecast products browsing，the inspection on quality of forecast.This system adequately integrates the information resources required for the Marine meteorological service，and plays a significant role in improving the level of the marine meteorological services of Guangxi.

marine meteorology；webgis；forecasting and early warning；system

P49

A

1673-8411（2016）02-0012-04

2016-02-20

廣西氣象局重點研究項目（201103）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科攻10123009-8）；廣西精細化預(yù)報服務(wù)創(chuàng)新團隊。

黃榮成（1982-），男，廣西桂林人，碩士，天氣氣候工程師；主要從事天氣預(yù)報技術(shù)開發(fā)與系統(tǒng)維護。