基于 WebGIS的人工影响天气应用的关键技术

人工影响天气是指人类运用现代科学技术, 对局部大气施加影响, 实现增雨、防雹、消雨、消雾等趋利避害目的的活动。其目的在于利用有利的自然气候和天气条件, 采用科学的方法和技术, 对不同的对象进行影响, 以达到增加或减少降水、抑制冰雹、消雾、防霜等[1] 。

近年来, 对于天气灾害的重视与研究, 理论和技术的逐渐成熟, 极大地改进了人们观测、了解和预测天气的能力[2] ,为人工影响天气提供了必要的理论和技术基础。人工增雨、人工防雨、防雹、防雷电等作业的信息化发展和科学决策的推行, 使得人工影响天气作为防灾减灾的重要组成部分, 越来越受到各级政府和人民群众的重视[ 3] 。人工影响天气作业涉及到气象、卫星遥感、地理信息、社会经济等多种信息,这些信息种类繁多, 类型复杂, 多与地理空间信息相关, 为了把这些资料准确定位、展现, 进行综合分析处理, 向决策者提供参考, 特别需要地理信息系统的支持[4] 。因此, 将 GIS (地理信息系统 )应用于人工影响天气中, 对指导人工影响天气作业具有重要的作用[5] 。

随着网络技术的发展, 商业化 Web GIS平台的应用日益普及[ 6]。WebGIS在人工影响天气中的应用也日趋广泛, 可应用于包括实时气象数据格式转换入库、动态数据发布以及数据的气象要素风格专题显示等主要技术问题上。因此, 笔者将上述关键问题解决方案在 SuperM ap iServer这一国产的W ebG IS平台中予以实现, 并最终应用到承德市人工影响天气作业指挥系统中。

1 WebGIS在人影系统中应用的关键技术问题

由于人工影响天气是一项复杂的系统工程, 涉及多部门、多行业、多学科[7] , 并且人工影响天气作业涉及到的数据、技术以及工作内容多样。而过去的人影系统多停留在手工以及手工与业务系统结合的半自动化阶段, 以承德市气象局为例: 在进行人影作业时, 一般先使用 Micaps(M eteorolog ical Inform ation Com prehens ive Analysis and Processing System气象信息综合分析处理系统) 软件显示作业区域气象数据,包括各种云图 (红外云图、水汽云图等)、雷达数据(包括雷达回波顶数据、强天气分析反射率因子等 )以及地面和高空填图数据, 人工对照基础地理环境, 根据经验设计作业方案, 然后采用电话或短信系统下达作业指令, 采用作业车监控系统指挥监控作业车作业情况, 再计算和统计作业效果完成报表。由于作业过程中过多的人工参与和多个独立系统的使用, 导致了整体业务流程的断断续续, 缺少连贯性; 并且作业方案的设计多是依赖作业人员目视气象数据和经验估计, 无法很好地利用实时气象数据做出定量计算, 导致方案设计的科学性和准确性降低, 往往很难达到较高的作业效果。因此必须建立一个包含气象数据展示、气象分析、作业决策、作业过程监督、作业结果统计汇总的统一系统, 才能很好地协调和管理人工影响天气作业。

1. 1 实时气象数据格式转换入库 由于气象局实时气象数据使用的气象局内部的M icaps数据格式, 并不是 GIS行业通用标准的数据格式, 因此要实现使用 WebGIS平台发布数据之前必须实现 Micaps格式数据向 GIS格式数据的转换, 这样才能满足 GIS系统对数据的需要。

1. 2 动态数据发布 人影系统所使用的数据多是实时更新的气象数据, 这也是人影作业的数据特点。因此在应用时必须将实时气象数据动态发布到 WebGIS系统中, 以此才能完成针对最新数据的显示、分析与管理, 提供决策支持。

1. 3 实时的天气要素数据的专题图显示 这里的实时天气要素数据主要包括实时雷达数据、云图数据以及地面和高空填图数据等。这些数据是当前天气状况的量化表现, 能够反映高空水汽含量、温度、风速、风向、总云量等, 是能否进行人影作业以及作业效果好坏的决定条件。这些数据必须以人影作业人员熟悉的特定方式予以展示 (如地面填图数据的多要素固定位置标注, 风速风向符号图等), 才能方便作业指挥人员对比基础地理数据, 做出合理的决策。

1. 4 集成监测站数据 在人工影响天气作业过程中以及作业后, 都需要将监测站某一时刻或时间段内的数据标注到空间分布图中, 如实时的温度监测数据、某天甚至某月的雨量数据等。而这些监测站数据的时效性和灵活性要求比较高,并且多为属性数据, 不能生成实时的 G IS数据, 但却需要以G IS系统数据的形式展示。

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