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摘要：准确、及时、高效的气象信息是地方党政领导和决策指挥部门指挥工农业生产、防汛抗旱和防灾减灾等工作的重要科学依据。以提高决策气象服务中气象资料查询检索与分析能力为目的，研发了安徽省决策气象服务支撑系统。该系统由数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统等4个部分组成，实现了气象数据快速检索查询与绘图、气候资料极值分析、气象灾害查询以及历史灾害性天气个例资料查询等功能。该系统已业务应用两年，在决策气象服务工作中发挥了重要的支撑作用。
关键词：决策气象服务；支撑系统；气象资料；气象产品
中图分类号：TP315 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2017.08.013
本文著录格式：赵青松，安晶晶，叶金印，等.安徽省决策气象服务支撑系统的实现与应用[J].软件，2017，38（8）：68-72
引言
决策气象服务是面向地方党政领导和决策指挥部门指挥工农业生产、防汛抗旱和防灾减灾工作需求，在第一时间提供准确、及时、高效的气象服务信息。在决策气象服务工作中，需要处理的气象数据种类繁多，服务材料制作时间紧张，如何快速地从历史和实时气象资料中查找气象信息并进行分析，提供有针对性的服务产品是决策气象服务工作中亟待解决的问题。以提高决策气象服务中气象资料查询分析能力为目的，采用等计算机技术开发了安徽省决策气象服务支撑系统。该系统由数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统等4个部分组成，实现了气象数据快速检索查询与绘图、气候资料极值分析、气象灾害查询以及历史灾害性天气个例资料查询等功能。本文主要介绍系统结构设计、气象数据采集与处理方法以及系统在暴雨洪涝、高温干旱及灾害性天气监测与气候分析等决策气象服务丁作中的应用。
1 系统功能模块
安徽省决策气象服务支撑系统由数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统等4个部分组成（图1），实现了气象数据快速检索查询与绘图、气候资料极值分析、气象灾害查询以及历史灾害性天气个例资料查询等功能。
数据库主要提供气象数据支持，是整个系统的数据中心。数据库存储包括实时气象观测资料、历史气候资料整编数据、历史气象灾情数据以及灾害性天气历史个例库。
数据接入是从全国综合气象信息数据共享平台（ChinaIntegrated Meteorological Information Sharing System，简称CIMISS）采集历史气象资料、实时气象观测资料（以Z开头的长文件名实时气象观测数据文件，简称长文件）、重要天气报（报）和其他类型的气象数据，并对其进行解码输入到相应数据表。
Web网页客户端是通过网站服务向决策气象服务用户提供气象信息服务的主要途径。Web网页包括实况气象资料查询与绘图、气候资料查询、实时气象灾害查询、气象灾情数以及灾害性天气历史个例检索查询等功能。
后台数据处理系统是由网站后台数据监控、数据入库、自动制图和网页更新等一系列子程序组成。
基于MS-SQL数据库系统建立系统数据存储池，采用C#语言编写数据接入模块，利用C++语言实现后台相关统计分析算法，Web客户端采用目前比较流行的HTML5+CSS3+Java Script技术开发。
2 气象数据采集与处理方法
2.1 气象数据采集
全国综合气象信息共享系统（CIMISS）为气象业务和相关科研用户获取气象基础数据提供数据使用环境和数据应用开发接口（API）。气象数据采集模块负责从CIMISS系统采集实时气象观测数据、雷达观测资料、卫星云图资料以及预报预警数据等
实时气象信息。获取CIMISS中的气象数据主要代码如下：
//实例化客户端类，并根据所在位置指定登录的CIMISS分布服务器IP、端口号Cimiss客户端Cimiss Client=new Cimiss客户端（xxx.xxx.xxx.xxxxxxx）；
//初始化客户端，并且与分布式服务器产生连接
Cimiss Client.init Resources（）；
//根据数据需求选择查询的数据表，如自动站资料数据库，雷达资料数据库，主观预报服务数据库等查询相关参数列表.Add（ndata Code，”SURF_CHN_MUL_DAYn）；
//选取查询对象表的查询要素如站名、日期、位置、观测值等
查询相关参数列表.Add（nelementsf，nStation_Name，Station—Id，Lon，Lat，PREO808…；
//添加其他查询约束条件如查询时间、查询站点、查询经纬度范围等查询约束信息
查询相关参数列表.Add（timeRange，查询时间段）；
//根据用户名、密码、查询接口、查询条件从CIMISS查询相关基础数据，并返回查询结果
Cimiss ClientxallAPI_to_array2D（n用户名密码”，”查询接口名称”，查询相关参数列表，返回结果集）；
//中断客户端连接，结束查询
2.2 气象数据插值方法
本系统采用Kngmg插值法对降水、气温等离散站点气象要素进行插值和格点化处理，并生成平滑曲线的等值面图形。
Kriging插值法根据一个区域内气象要素的特征數据值，对该区域气象要素作出一种线性无偏和最小估计方差的估计方法，其表达式为：
式中，为未知样点的数值，为未知样点周围的已知样本点的数值，为第个已知样本点对未知样点的权重值，为样本点的个数。
2.3 气象数据统计方法（1）平均值计算 气象要素平均值由定时气象观测值求得，计算公式为：
式中：某要素某日的日平均值；该要素第时次的定时值（缺测和错误记录不参加统计），
该要素该日参与统计的记录次数，即个数。
（2）气候极值分析
极值是一个气象资料序列的极大值或极小值。由于气象观测存在较大随机性，从要素中挑取的极值受到观测偶然性的很大影响，可能存在较大的波动幅度，使得不同区域之间的可比较性大为减弱。
为了减少这种影响，采用1%和99%的百分位数来反映要素的极大值和极小值。具体计算方法如下：
如果將一组数据从小到大排序，并计算相应的累计百分位，则某一百分位所对应数据的值就称为这一百分位的百分位数。百分位数计算公式为：
式中：百分位数，为分位数序号；指
数据序列中的顺序号，取整数，指
某要素由小到大顺序排列的数据序列中第个值；
偏移量，数据序列的数据个数。
3 系统主要业务应用
3.1 暴雨洪涝检索查询
暴雨洪涝是安徽省主要气象灾害之一，地方党政领导和防汛抗旱指挥部门需要及时掌握降水实况。该系统实况气象资料查询与在线绘图功能可实现整点15分钟内任意时段逐小时降水分布图和任意时段累计降水分布图以及降水统计信息。
（1）雨量图快速制作。快速制图是决策气象服务中面临的主要问题，系统提供两种快速方案：一是利用长文件时效快的特点，快速检索生成临时数据文件，二是利用后台快速制图，即后台监控程序检测到临时文件有新数据生成，及时启动后图出图程序，快速生成1小时、3小时、6小时、12小时和24小时雨量图，并给出相应雨量统计信息，包括各量级站点数、面积覆盖范围和雨量排序等信息（图2（a））。除固定时段自动制图外，网页还提供了任意在线查询和绘图功能。
（2）极值历史排序。运用降水极值法和历史同期降水进行对比分析，气候资料查询功能可进行逐日降水量统计、过程降水量统计。选择相应极值站点即可生成实况极值在历史同期极值排序（图2（b））。
（3）暴雨洪涝灾害查询。短时强降水是暴雨洪涝重要诱发因素，也是决策气象服务需要提供的重要信息。系统提供了灾害性天气过程中1小时雨强实时查询统计功能，提供全省范围1小时雨强分布图（图2（c）），以及最大小时雨强出现站点和强度数据。
（4）历史灾情查询。暴雨洪涝灾害是常见的气象灾情，历史灾情数据可以为决策指挥部门提供重要的参考信息。系统建立了1984年以来气象灾情数据库，灾情数据库设置受灾区域、灾情种类、时间段和受灾情况等关键字段，可以根据关键字段进行组合，查询暴雨洪涝区域历史受灾情况，从而更好地提供有针对性的决策气象服务产品（图2（d））。
3.2 高温干旱检索查询
（1）温度区域与排序查询。温度统计功能可在后台自动输出逐小时整点、近3小时、近6小时、近12小时和近24小时的逐小时滚动更新的全省最高温度和最温度分布图以及温度不同级别站点统计和站点温度排序统计。系统还可提供温度自定义统计功能，通过页面可以选择站点类型（国家级气象站、区域级气象站）、任意时段、温度范围进行查询和统计（图3a）。
气候查询可以对出现当年出现极值的站点进行历史排位查询。如在2017年7月23日霍山站出现41.7T的高温为当天全省最高气温，系统气候查询功能可以查询检索出霍山站2017年7月23日最高温度在逐年最高温度中的历史排位为第3位，低于1966年和1967年（图3b）。
（2）高温干旱历史灾情查询。可以根据灾情类型选择夏季干旱和高温热害进行组合查询，得到历史高温干旱灾情信息。结合其它监测产品和气象分析得出干旱与高温日数之间关系，从而对高温干旱决策服务提供有针对性的气象服务产品。
3.3 历史灾害性天气过程资料查询
该系统建立了气候资料数据库和灾害性天气历史个例库，可实现气候资料和灾害性天气的在线查询功能。气候资料库建立了安徽全省82个国家站降水和气温的历史资料数据库，包括1951年以来全省陆续建立的气象台站历年20-20时逐日雨量。历史气温资料包括各台站历年日平均值、日最气温、日最低气温等。为保证历史资料的持续性，系统设置日值自动添加功肯泛，利用后台程序将CIMISS数据库中最新的日值数据导入系统数据库。
在收集整理安徽历史重大灾害性天气过程资料的基础上建立了灾害性天气个例资料库。个例资料库数据表设计了灾害类型、影响时段和范围、天气背景、天气实况、天气图、卫星云图、雷达图等关键字段，通过关键字段进行查询。历史个例库也设置了资料添加功能，利用网页的数据添加功能，可及时在线添加重大灾害性天气个例和气象灾害资料。天气个例库查询功能可以帮助我们了解历史同类天气过程出现灾害程度，灾情状况，从而为决策指挥部门提供指挥调度参考依据。
4 结论与讨论
（1）安徽省决策气象服务系统包括数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统，实现了实时气象观测资料查询统计与绘图、气候资料查询分析、实时灾害性天气查询、历史灾害性天气个例库和气象灾情的快速检索与查询功能。
（2）本文主要介绍了系统在暴雨洪涝、高温干旱、灾害性天气监测与气候分析等几个方面的应用，气象资料查询统计和气象资料制图功能提高了气象服务资料制作效率，气候资料查询对比分析、气象灾情和灾害性天气查询有效提高了决策气象服务的科学性和针对性。
（3）系统为决策气象服务提供了便捷的气象数据支撑功能，现已稳定业务运行两年，取得了较好的决策气象服务支撑效果。今后还需进一步丰富决策气象服务信息和系统功能，如增加精细化的气象预报、气象灾害预警以及决策气象服务知识库，进一步提高决策气象服务能力。
关键词：决策气象服务；支撑系统；气象资料；气象产品
中图分类号：TP315 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2017.08.013
本文著录格式：赵青松，安晶晶，叶金印，等.安徽省决策气象服务支撑系统的实现与应用[J].软件，2017，38（8）：68-72
引言
决策气象服务是面向地方党政领导和决策指挥部门指挥工农业生产、防汛抗旱和防灾减灾工作需求，在第一时间提供准确、及时、高效的气象服务信息。在决策气象服务工作中，需要处理的气象数据种类繁多，服务材料制作时间紧张，如何快速地从历史和实时气象资料中查找气象信息并进行分析，提供有针对性的服务产品是决策气象服务工作中亟待解决的问题。以提高决策气象服务中气象资料查询分析能力为目的，采用等计算机技术开发了安徽省决策气象服务支撑系统。该系统由数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统等4个部分组成，实现了气象数据快速检索查询与绘图、气候资料极值分析、气象灾害查询以及历史灾害性天气个例资料查询等功能。本文主要介绍系统结构设计、气象数据采集与处理方法以及系统在暴雨洪涝、高温干旱及灾害性天气监测与气候分析等决策气象服务丁作中的应用。
1 系统功能模块
安徽省决策气象服务支撑系统由数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统等4个部分组成（图1），实现了气象数据快速检索查询与绘图、气候资料极值分析、气象灾害查询以及历史灾害性天气个例资料查询等功能。
数据库主要提供气象数据支持，是整个系统的数据中心。数据库存储包括实时气象观测资料、历史气候资料整编数据、历史气象灾情数据以及灾害性天气历史个例库。
数据接入是从全国综合气象信息数据共享平台（ChinaIntegrated Meteorological Information Sharing System，简称CIMISS）采集历史气象资料、实时气象观测资料（以Z开头的长文件名实时气象观测数据文件，简称长文件）、重要天气报（报）和其他类型的气象数据，并对其进行解码输入到相应数据表。
Web网页客户端是通过网站服务向决策气象服务用户提供气象信息服务的主要途径。Web网页包括实况气象资料查询与绘图、气候资料查询、实时气象灾害查询、气象灾情数以及灾害性天气历史个例检索查询等功能。
后台数据处理系统是由网站后台数据监控、数据入库、自动制图和网页更新等一系列子程序组成。
基于MS-SQL数据库系统建立系统数据存储池，采用C#语言编写数据接入模块，利用C++语言实现后台相关统计分析算法，Web客户端采用目前比较流行的HTML5+CSS3+Java Script技术开发。
2 气象数据采集与处理方法
2.1 气象数据采集
全国综合气象信息共享系统（CIMISS）为气象业务和相关科研用户获取气象基础数据提供数据使用环境和数据应用开发接口（API）。气象数据采集模块负责从CIMISS系统采集实时气象观测数据、雷达观测资料、卫星云图资料以及预报预警数据等
实时气象信息。获取CIMISS中的气象数据主要代码如下：
//实例化客户端类，并根据所在位置指定登录的CIMISS分布服务器IP、端口号Cimiss客户端Cimiss Client=new Cimiss客户端（xxx.xxx.xxx.xxxxxxx）；
//初始化客户端，并且与分布式服务器产生连接
Cimiss Client.init Resources（）；
//根据数据需求选择查询的数据表，如自动站资料数据库，雷达资料数据库，主观预报服务数据库等查询相关参数列表.Add（ndata Code，”SURF_CHN_MUL_DAYn）；
//选取查询对象表的查询要素如站名、日期、位置、观测值等
查询相关参数列表.Add（nelementsf，nStation_Name，Station—Id，Lon，Lat，PREO808…；
//添加其他查询约束条件如查询时间、查询站点、查询经纬度范围等查询约束信息
查询相关参数列表.Add（timeRange，查询时间段）；
//根据用户名、密码、查询接口、查询条件从CIMISS查询相关基础数据，并返回查询结果
Cimiss ClientxallAPI_to_array2D（n用户名密码”，”查询接口名称”，查询相关参数列表，返回结果集）；
//中断客户端连接，结束查询
2.2 气象数据插值方法
本系统采用Kngmg插值法对降水、气温等离散站点气象要素进行插值和格点化处理，并生成平滑曲线的等值面图形。
Kriging插值法根据一个区域内气象要素的特征數据值，对该区域气象要素作出一种线性无偏和最小估计方差的估计方法，其表达式为：
式中，为未知样点的数值，为未知样点周围的已知样本点的数值，为第个已知样本点对未知样点的权重值，为样本点的个数。
2.3 气象数据统计方法（1）平均值计算 气象要素平均值由定时气象观测值求得，计算公式为：
式中：某要素某日的日平均值；该要素第时次的定时值（缺测和错误记录不参加统计），
该要素该日参与统计的记录次数，即个数。
（2）气候极值分析
极值是一个气象资料序列的极大值或极小值。由于气象观测存在较大随机性，从要素中挑取的极值受到观测偶然性的很大影响，可能存在较大的波动幅度，使得不同区域之间的可比较性大为减弱。
为了减少这种影响，采用1%和99%的百分位数来反映要素的极大值和极小值。具体计算方法如下：
如果將一组数据从小到大排序，并计算相应的累计百分位，则某一百分位所对应数据的值就称为这一百分位的百分位数。百分位数计算公式为：
式中：百分位数，为分位数序号；指
数据序列中的顺序号，取整数，指
某要素由小到大顺序排列的数据序列中第个值；
偏移量，数据序列的数据个数。
3 系统主要业务应用
3.1 暴雨洪涝检索查询
暴雨洪涝是安徽省主要气象灾害之一，地方党政领导和防汛抗旱指挥部门需要及时掌握降水实况。该系统实况气象资料查询与在线绘图功能可实现整点15分钟内任意时段逐小时降水分布图和任意时段累计降水分布图以及降水统计信息。
（1）雨量图快速制作。快速制图是决策气象服务中面临的主要问题，系统提供两种快速方案：一是利用长文件时效快的特点，快速检索生成临时数据文件，二是利用后台快速制图，即后台监控程序检测到临时文件有新数据生成，及时启动后图出图程序，快速生成1小时、3小时、6小时、12小时和24小时雨量图，并给出相应雨量统计信息，包括各量级站点数、面积覆盖范围和雨量排序等信息（图2（a））。除固定时段自动制图外，网页还提供了任意在线查询和绘图功能。
（2）极值历史排序。运用降水极值法和历史同期降水进行对比分析，气候资料查询功能可进行逐日降水量统计、过程降水量统计。选择相应极值站点即可生成实况极值在历史同期极值排序（图2（b））。
（3）暴雨洪涝灾害查询。短时强降水是暴雨洪涝重要诱发因素，也是决策气象服务需要提供的重要信息。系统提供了灾害性天气过程中1小时雨强实时查询统计功能，提供全省范围1小时雨强分布图（图2（c）），以及最大小时雨强出现站点和强度数据。
（4）历史灾情查询。暴雨洪涝灾害是常见的气象灾情，历史灾情数据可以为决策指挥部门提供重要的参考信息。系统建立了1984年以来气象灾情数据库，灾情数据库设置受灾区域、灾情种类、时间段和受灾情况等关键字段，可以根据关键字段进行组合，查询暴雨洪涝区域历史受灾情况，从而更好地提供有针对性的决策气象服务产品（图2（d））。
3.2 高温干旱检索查询
（1）温度区域与排序查询。温度统计功能可在后台自动输出逐小时整点、近3小时、近6小时、近12小时和近24小时的逐小时滚动更新的全省最高温度和最温度分布图以及温度不同级别站点统计和站点温度排序统计。系统还可提供温度自定义统计功能，通过页面可以选择站点类型（国家级气象站、区域级气象站）、任意时段、温度范围进行查询和统计（图3a）。
气候查询可以对出现当年出现极值的站点进行历史排位查询。如在2017年7月23日霍山站出现41.7T的高温为当天全省最高气温，系统气候查询功能可以查询检索出霍山站2017年7月23日最高温度在逐年最高温度中的历史排位为第3位，低于1966年和1967年（图3b）。
（2）高温干旱历史灾情查询。可以根据灾情类型选择夏季干旱和高温热害进行组合查询，得到历史高温干旱灾情信息。结合其它监测产品和气象分析得出干旱与高温日数之间关系，从而对高温干旱决策服务提供有针对性的气象服务产品。
3.3 历史灾害性天气过程资料查询
该系统建立了气候资料数据库和灾害性天气历史个例库，可实现气候资料和灾害性天气的在线查询功能。气候资料库建立了安徽全省82个国家站降水和气温的历史资料数据库，包括1951年以来全省陆续建立的气象台站历年20-20时逐日雨量。历史气温资料包括各台站历年日平均值、日最气温、日最低气温等。为保证历史资料的持续性，系统设置日值自动添加功肯泛，利用后台程序将CIMISS数据库中最新的日值数据导入系统数据库。
在收集整理安徽历史重大灾害性天气过程资料的基础上建立了灾害性天气个例资料库。个例资料库数据表设计了灾害类型、影响时段和范围、天气背景、天气实况、天气图、卫星云图、雷达图等关键字段，通过关键字段进行查询。历史个例库也设置了资料添加功能，利用网页的数据添加功能，可及时在线添加重大灾害性天气个例和气象灾害资料。天气个例库查询功能可以帮助我们了解历史同类天气过程出现灾害程度，灾情状况，从而为决策指挥部门提供指挥调度参考依据。
4 结论与讨论
（1）安徽省决策气象服务系统包括数据库、数据接入、Web网页客户端和后台数据处理系统，实现了实时气象观测资料查询统计与绘图、气候资料查询分析、实时灾害性天气查询、历史灾害性天气个例库和气象灾情的快速检索与查询功能。
（2）本文主要介绍了系统在暴雨洪涝、高温干旱、灾害性天气监测与气候分析等几个方面的应用，气象资料查询统计和气象资料制图功能提高了气象服务资料制作效率，气候资料查询对比分析、气象灾情和灾害性天气查询有效提高了决策气象服务的科学性和针对性。
（3）系统为决策气象服务提供了便捷的气象数据支撑功能，现已稳定业务运行两年，取得了较好的决策气象服务支撑效果。今后还需进一步丰富决策气象服务信息和系统功能，如增加精细化的气象预报、气象灾害预警以及决策气象服务知识库，进一步提高决策气象服务能力。