哈斯塔木嘎

【摘 要】GIS技術(shù)在氣象行業(yè)應(yīng)用廣泛，具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理、分析、交換和展示能力。隨著精細(xì)化氣象服務(wù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，基于GIS的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)越來(lái)越普遍。該文介紹了GIS技術(shù)與氣象服務(wù)應(yīng)用及GIS關(guān)鍵技術(shù)在空間氣象數(shù)據(jù)、空間插值、空間分析、空間建模等方面不足，得出GIS技術(shù)在精細(xì)化氣象服務(wù)應(yīng)用中面臨的強(qiáng)大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，為GIS技術(shù)在氣象服務(wù)應(yīng)用提供了科學(xué)參考。

【關(guān)鍵詞】氣象服務(wù)；精細(xì)化；GIS；氣象

0 引言

20世紀(jì)60年代末，加拿大測(cè)量學(xué)家羅杰·湯姆林森首先提出地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）概念。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，GIS技術(shù)與遙感技術(shù)（RS），全球定位系統(tǒng)（GPS）共同發(fā)展形成了“3S”技術(shù)，并在國(guó)土、水文、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游、交通、房地產(chǎn)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近幾年，氣象工作者開始認(rèn)識(shí)到GIS技術(shù)的使用價(jià)值，氣象行業(yè)中引入GIS技術(shù)取得了豐碩成果。

經(jīng)過(guò)氣象工作者不斷探索和實(shí)踐，基于GIS“農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃”和“氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃”等成果在科學(xué)決策及防災(zāi)、減災(zāi)中起到了支撐作用。還針對(duì)氣象行業(yè)GIS應(yīng)用和發(fā)展需要，研發(fā)了氣象地理信息系統(tǒng)（Meteo GIS），實(shí)現(xiàn)了GIS技術(shù)與氣象行業(yè)應(yīng)用融合。在應(yīng)用氣象方面，建立了大量GIS應(yīng)用系統(tǒng)，特別是運(yùn)用3S技術(shù)的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)分析與遙感應(yīng)用系統(tǒng)（SMART）。該系統(tǒng)借助地理信息處理技術(shù)提供了監(jiān)測(cè)、分析和統(tǒng)計(jì)工具。

目前，GIS技術(shù)在氣象服務(wù)中已取得實(shí)踐性成果，較好的實(shí)現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)管理、發(fā)布、共享、展示、分析等問(wèn)題。但氣象數(shù)據(jù)在通用GIS系統(tǒng)中應(yīng)用仍然存在較多問(wèn)題。比如精細(xì)化氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)GIS應(yīng)用對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更加苛刻要求；氣象要素本地化精確插值問(wèn)題也沒(méi)有得到很好的解決。本文參閱前人研究基礎(chǔ)上，綜述精細(xì)化氣象服務(wù)與GIS技術(shù)融合中必須解決的一些關(guān)鍵問(wèn)題并作出討論。

1 精細(xì)化氣象服務(wù)

精細(xì)化氣象服務(wù)是多行業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科的融合效能最大化結(jié)果，較高時(shí)空分辨率，以“智慧”的方式產(chǎn)生和傳播。所以精細(xì)化氣象服務(wù)就是基于高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)解釋應(yīng)用的多行業(yè)衍生產(chǎn)品，且制作、分發(fā)過(guò)程要高度智能化。

2 基于GIS精細(xì)化氣象服務(wù)

隨著行業(yè)供給側(cè)改革深入開展，氣象服務(wù)精細(xì)化水平不斷提升，基于GIS的精細(xì)化氣象服務(wù)場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越普及，下面分別介紹。

2.1 智能終端氣象服務(wù)產(chǎn)品

進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，掌上終端氣象服務(wù)迅速發(fā)展，為用戶提供智能化、定制化的氣象服務(wù)。利用移動(dòng)定位技術(shù)，隨時(shí)隨地獲取當(dāng)前位置的氣象信息服務(wù)。陳治杰等[1]研發(fā)國(guó)內(nèi)首個(gè)具備屬地化展示和集約管理的掌上氣象服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣象服務(wù)產(chǎn)品的精細(xì)化、專業(yè)性和信息化方向。

2.2 評(píng)估類氣象服務(wù)產(chǎn)品

為決策氣象服務(wù)提供科學(xué)精細(xì)化的評(píng)估類產(chǎn)品。王衛(wèi)民[2]等基于GIS進(jìn)行時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)融合，提高了氣象數(shù)據(jù)的使用率和氣象服務(wù)的準(zhǔn)確率。梁鳳娟等[3]在GIS理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害時(shí)空分布規(guī)律，建立重大農(nóng)業(yè)災(zāi)害的災(zāi)前預(yù)警、災(zāi)中跟蹤、災(zāi)后評(píng)估及其減災(zāi)控制。

2.3 行業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品

利用GIS結(jié)合監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警等信息建立行業(yè)氣象應(yīng)用。諸如電力系統(tǒng)安全保障、公路交通運(yùn)行保障、氣象條件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。吳彬[4]等研發(fā)了特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，有效地提升了特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警業(yè)務(wù)能力。林志強(qiáng)等[5]基于GIS計(jì)算網(wǎng)格森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)，為林區(qū)森林防火工作提供有效參考。沈萍月[6]基于GIS的空間分析對(duì)交通氣象服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，在交通氣象導(dǎo)航的應(yīng)用也進(jìn)行了嘗試，改善了交通氣象服務(wù)效果。

3 GIS應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

氣象服務(wù)與GIS技術(shù)融合，需要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，闡述如下。

3.1 空間氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)大體分為結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)和各類氣象數(shù)據(jù)接口。非結(jié)構(gòu)化諸如格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品和各類融合、同化產(chǎn)品。但這些格式均不是通用GIS數(shù)據(jù)格式，GIS系統(tǒng)不能直接處理。因此，首先要解決的就是氣象數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題。氣象數(shù)據(jù)必須重新組織形成空間氣象數(shù)據(jù)，就是說(shuō)把氣象服務(wù)數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)相疊加，形成以GIS格式存儲(chǔ)的氣象信息，就可以在GIS應(yīng)用中快速交換和處理。

3.2 空間氣象數(shù)據(jù)插值

空間插值是氣象信息處理最為廣泛的分析算法之一。氣象領(lǐng)域應(yīng)用最多的插值方法為ANUSPLIN[7]和Cressman[8]插值算法。Cressman插值采用逐步訂正方法進(jìn)行最優(yōu)化插值。ANUSPLIN使用函數(shù)逼近曲面的一種方法。而這些方法在本地應(yīng)用中哪個(gè)能表現(xiàn)出最佳性能就有待進(jìn)一步研究。

3.3 空間分析技術(shù)

GIS具有強(qiáng)大的空間分析能力，它能表達(dá)出地理要素的空間位置與空間關(guān)系。把氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后形成空間數(shù)據(jù)，可以在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、分析。提供基于位置點(diǎn)的氣象信息服務(wù)，通過(guò)GPS定位的位置信息傳送到服務(wù)器，根據(jù)空間搜索得到周邊格點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)本地空間插值算法，推算出此位置的氣象要素值。還可以提供面統(tǒng)計(jì)分析，用于災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害分析及評(píng)估。

3.4 空間建模技術(shù)

GIS技術(shù)提供了較強(qiáng)的空間建模能力，如柵格運(yùn)算、影響范圍分析、緩沖區(qū)分析等災(zāi)害損失評(píng)估模型建立手段。

4 總結(jié)與思考

GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)氣象信息的綜合查詢與檢索；能夠?qū)?zāi)害性天氣作深入分析起到輔助決策作用；能夠提高服務(wù)產(chǎn)品的可視化水平。上述特性有效提升了氣象服務(wù)精細(xì)化水平。

未來(lái)氣象數(shù)據(jù)空間插值方法將進(jìn)一步綜合發(fā)展，過(guò)程將會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。GIS技術(shù)可以大大減少工作量，各類模型與GIS的進(jìn)一步結(jié)合將會(huì)成為趨勢(shì)。而通用GIS數(shù)據(jù)模型還不能夠很好地支持氣象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，部分空間分析能力對(duì)于氣象復(fù)雜應(yīng)用支持力度不夠，GIS可視化技術(shù)與氣象信息科學(xué)可視化總體要求還存在一定的差距。這些都是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

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