張驍,孫楠,劉壯峰,李駿,王錚清,虞佳維
(舟山市氣象局,浙江舟山 316000)
WebGⅠS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))是指基于網(wǎng)絡(luò)平臺,客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,運行在網(wǎng)絡(luò)上的地理信息系統(tǒng),即將GⅠS 所能提供的功能通過網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)給用戶[1]。WebGⅠS 有利于信息共享,并易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式管理[2]。
隨著現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)體系不斷完善,氣象產(chǎn)品的精細(xì)化程度明顯提高[3]。數(shù)值預(yù)報具有越來越重要的地位,對預(yù)報的準(zhǔn)確度也提出了更高的要求。精細(xì)化格點預(yù)報是指天氣預(yù)報時間上能夠精確到小時甚至分鐘級,空間上能夠定位到縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、災(zāi)害點,數(shù)量上能夠細(xì)化到某一個具體數(shù)值[4]。近年來,國內(nèi)不少學(xué)者對基于WebGⅠS 在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用做了大量的研究分析:李建偉等[5]基于WebGⅠS 技術(shù),對海洋氣象服務(wù)所需的數(shù)據(jù)資源和預(yù)報業(yè)務(wù)流程進行了充分融合,實現(xiàn)不同功能區(qū)用戶對信息的疊加分析;李顯風(fēng)等[6]為滿足氣象業(yè)務(wù)及氣象服務(wù)對實況網(wǎng)格產(chǎn)品的服務(wù)需求,在實時收集和處理各種實況網(wǎng)格產(chǎn)品基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于WebGⅠS 的實況網(wǎng)格產(chǎn)品應(yīng)用分析平臺;王偉等[7]基于WebGⅠS 技術(shù)對集歷史雨量、面雨量預(yù)報、水位徑流預(yù)報、預(yù)報評估、專業(yè)服務(wù)文稿以及臺風(fēng)、雷達、衛(wèi)星等多功能于一體的水庫氣象服務(wù)平臺進行了設(shè)計與實現(xiàn);張驍?shù)萚8]基于WebGⅠS 和信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù),構(gòu)建了一個涵蓋地圖顯示和基本操作、實況氣象要素信息實時顯示監(jiān)測功能的WebGⅠS 系統(tǒng);任芳等[9]研究了各類氣象數(shù)據(jù)在WebGⅠS 地圖上的疊加顯示,設(shè)計陜西省氣象服務(wù)中心專業(yè)用戶氣象信息服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)。舟山精細(xì)化10 m 風(fēng)場資料在業(yè)務(wù)應(yīng)用中主要通過中國氣象局開發(fā)的基于C/S 架構(gòu)的Micaps4 進行分析研究,存在顯示過于密集、操作繁復(fù)等問題,這不能滿足預(yù)報員通過多途徑便捷高效開展預(yù)報業(yè)務(wù)工作的需要。舟山精細(xì)化風(fēng)場數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品顯示系統(tǒng)針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)實際業(yè)務(wù)需求,基于WebGⅠS方式和采用B/S 架構(gòu),利用信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將精細(xì)化預(yù)報格點風(fēng)矢量資料分色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖實時顯示于地理信息系統(tǒng)中。
本系統(tǒng)所用資料主要是浙江省氣象科學(xué)研究所提供的舟山地區(qū)Micaps第11類格點矢量10 m風(fēng)場資料,數(shù)據(jù)網(wǎng)格大小為450×450,因網(wǎng)格數(shù)據(jù)過于密集,在繪制風(fēng)桿圖產(chǎn)品時對數(shù)據(jù)進行抽稀,抽稀后網(wǎng)格為300×300。風(fēng)場產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)格式如圖1 所示。其中,第一行為Micaps 資料類別、產(chǎn)品名稱,第二行分別為產(chǎn)品年、月、日、時、分、秒、經(jīng)緯度網(wǎng)格格距、起止經(jīng)緯度、經(jīng)緯向格點數(shù)??諗?shù)據(jù)記為9 999.000 000。數(shù)據(jù)先放U(水平)分量,數(shù)據(jù)按先緯向后經(jīng)向排列,放完U 分量再放置V(垂直)分量。
圖1 風(fēng)場產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)格式
該系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2 所示,分為3 層架構(gòu)。3層架構(gòu)將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為前端應(yīng)用層、后端邏輯層、數(shù)據(jù)層。區(qū)分層次的目的是“高內(nèi)聚、低耦合”[10]。
圖2 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)
前端應(yīng)用層是系統(tǒng)用戶直接操作的客戶端頁面,該層精細(xì)化預(yù)報產(chǎn)品能夠正確、及時地顯示于地理新信息系統(tǒng)。后端邏輯層中通過編寫Python 腳本定時同步最新時次整點精細(xì)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件,并在生成最新時次預(yù)報產(chǎn)品后刪除過往時次數(shù)據(jù),解析網(wǎng)格資料繪制色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖產(chǎn)品。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境,包括精細(xì)化網(wǎng)格資料數(shù)據(jù)、浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖資源等。
針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)的實際業(yè)務(wù)需求,每小時同步浙江氣科所舟山地區(qū)精細(xì)化風(fēng)場資料到本地Web 服務(wù)器,定時刪除本地Web 服務(wù)器原產(chǎn)品資料和數(shù)據(jù),利用精細(xì)化風(fēng)場資料繪制3 類風(fēng)場預(yù)報產(chǎn)品。加載浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖系統(tǒng),可通過點擊圖標(biāo)切換矢量圖、地形圖、衛(wèi)星圖作為地圖地圖。運用WebGⅠS方式將精細(xì)化預(yù)報格點資料產(chǎn)品正確高效、分時、分類地顯示在地理信息系統(tǒng)上。通過點擊時間控件切換未來12 h 各整點預(yù)報產(chǎn)品,通過點擊勾選不同產(chǎn)品要素,按實際需求于地理信息系統(tǒng)上展示,切換如圖3(色斑圖)、圖4(流線圖)、圖5(風(fēng)桿圖)這3 種不同時次的精細(xì)化預(yù)報要素網(wǎng)格資料產(chǎn)品。
圖3 系統(tǒng)功能效果色斑圖
圖4 系統(tǒng)功能效果流線圖
圖5 系統(tǒng)功能效果風(fēng)桿圖
本系統(tǒng)以浙江省氣象局內(nèi)網(wǎng)地圖為基礎(chǔ),考慮使用B/S 方式,主要基于B/S 具有操作使用方便、維護管理方便等特點。前端布局使用Bootstrap 前端開源框架,開發(fā)響應(yīng)式布局、兼顧移動設(shè)備的Web 項目。使用OpenLayers 3 地圖框架,OpenLayers 是一個開源的項目,其設(shè)計之意是為互聯(lián)網(wǎng)客戶端提供強大的地圖展示功能,包括地圖數(shù)據(jù)顯示與相關(guān)操作,并具有靈活的擴展機制。后端使用Asp.NET 體系框架,通過Ajax技術(shù)實現(xiàn)前端和后端數(shù)據(jù)交互,服務(wù)器當(dāng)前最新時次產(chǎn)品列表結(jié)果將以Json 格式返回前端。第三方JS 資源涉及jQuery、Bootstrap 等。通過配置xml(可擴展標(biāo)記語言)配置圖例顯示、產(chǎn)品種類、抽稀密度、投影方式、投影范圍等繪圖參數(shù),調(diào)用Python 庫包繪制精細(xì)化產(chǎn)品。編寫Python 后臺程序定時同步最新時次精細(xì)化風(fēng)場產(chǎn)品資料至系統(tǒng)服務(wù)器,刪除上一時次數(shù)據(jù)和產(chǎn)品,若最新時次產(chǎn)品未生成,則仍顯示上一時次產(chǎn)品。
系統(tǒng)主要特色是將本地精細(xì)化數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品應(yīng)用于地理信息系統(tǒng),豐富氣象產(chǎn)品資料可視化,為氣象預(yù)報人員提供便捷多樣化產(chǎn)品服務(wù)。精細(xì)化預(yù)報網(wǎng)格資料產(chǎn)品分時、分類并按照實際需要快速顯示于地理新信息系統(tǒng),便于氣象預(yù)報人員分析與研究。針對舟山氣象服務(wù)信息化建設(shè)的實際業(yè)務(wù)需求,基于WebGⅠS方式和信息數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將精細(xì)化預(yù)報格點風(fēng)矢量資料分色斑圖、流線圖、風(fēng)桿圖實時顯示于地理信息系統(tǒng)中,顯示未來12 h 整點精細(xì)化風(fēng)場預(yù)報產(chǎn)品。系統(tǒng)后期資料產(chǎn)品將擴展至解析舟山市氣象臺、舟山市港航氣象臺預(yù)報研究團隊的最新研究成果,如海霧、大風(fēng)、暴雨等本地精細(xì)化數(shù)值模式產(chǎn)品。舟山精細(xì)化風(fēng)場數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品顯示系統(tǒng)對精細(xì)化預(yù)報模式產(chǎn)品本地化釋用和預(yù)報業(yè)務(wù)人員進行天氣研判具有重要意義,為精細(xì)化定量化本地天氣預(yù)報、災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警、氣象防災(zāi)減災(zāi)等提供了關(guān)鍵便捷的技術(shù)支撐。