GIS技术在气象领域中的应用

4种常用气象作图软件在绘制站点雨量图中的应用

使用ArcGIS、Surfer、GrADS、NCL 4种气象常用的作图软件进行了站点雨量图绘制，介绍了其较为详细的操作步骤、部分源程序及所得的图像，并对每种软件在绘制站点雨量图时的优劣进行了比较。结果表明，4种软件在绘图中各有优势，使用者可根据喜好自行选择。推荐使用NCL和Surfer软件来绘制站点雨量图，这2种软件在站点数据的插值和圖像的绘制中相对更为便捷，绘制的图形也极为美观。

NCL[1]、GrADS[2]、Surfer[3]、ArcGIS[4]都是常用的作图软件，均在气象领域有着广泛的应用。NCL（NCAR Command Language）是美国国家大气中研究中心（NCAR）专为科学数据处理及可视化而设计的绘图软件，尤其在气象数据分析处理方面优势明显，且绘制图形细腻美观。GrADS（Grid Analysis and

Display System）是美国马里兰大学气象系开发的一款气象数据分析绘图软件，具有操作简单、功能强大、显示快速等特点。Surfer是美国Golden Software公司开发的一款绘制2D、3D图形的软件，具有强大的插值和绘图能力，在地学和气象学领域应用广泛。ArcGIS是美国ERSI公司开发的一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享功能，也可用于气象领域的图形绘制。

目前，关于上述几种软件在气象上绘图应用的文献报道较多[5-8]，但大多报道都比较简单，部分文献没有给出源程序，而同时使用几种软件进行绘图的文献则相对较少。笔者使用上述4种作图软件，分别对江苏省常州市的站点雨量进行了绘图，给出了较为详细的操作步骤和部分源程序及所得的图像，并比较了各种软件在绘制站点图时的优劣，以期为相关人士绘制站点雨量图提供参考。

1数据资料

使用的试验数据为江苏省常州市80个自动站（3个国家站、77个区域站）2017年3月13日的24 h雨量（文件名为rain.txt），数据包括序号、经度、纬度、站名和雨量（如表1所示），来源为常州市气象局。绘图使用的常州市级边界资料提取自国家基础地理信息系统数据，数据来源为国家基础地理信息中心。

吴焕萍：见证GIS在中央气象台的应用历程

GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)是一门近年发展起来的多种学科交叉的信息分析技术，在气象信息化建设中发挥了重要的作用。通过我五年的一线工作经历，见证了以MESIS应用为主的GIS技术在中央气象台应用与发展的历程，在这里要特别感谢所有关心和帮助过我们的领导和同事，有了他们的支持才使得GIS应用发展一步一步深入，渐入佳境，所经历的那些事儿也自然成了我们开发团队（罗兵、吴焕萍、唐卫、郑卫江、吕终亮、郑金伟）最美好的记忆。在此谨以此文纪念中央气象台成立六十周年。

艰难起步 GIS利器小试牛刀 初显锋芒

2005年7月，我从北京大学博士毕业后来了国家气象中心（中央气象台）预报系统开放实验室工作。按照系统室罗兵主任的总体安排，我被分配到曹姐（曹莉）的开发小组实习，当时她正在负责面雨量预报服务系统开发，技术路线采用了ESRI公司的轻量级GIS组件MapObject，算是专业对口了。经过三个月左右时间的接触，知道了曹姐是一个细心、认真、负责并具有丰富开发经验的人，也开始渐渐的进入工作状态。也就在此时，我了解到了中央气象台已经购买了ESRI公司的ARCGIS产品，也了解到农业气象、交通气象方面也有了一些基于桌面（DESKTOP）的初步应用。

在尽力了解、思索GIS能在气象领域发挥什么作用的同时，我也注意到了只有好好地补习一下气象方面的基础知识才可能真正做出一些成果。于是在配合曹姐工作的同时，利用网络等媒体收集了一些气象资料进行快餐式的恶补。时间很快到了2005年底，罗主任安排我从事以面向决策气象服务为业务目标的原型系统建设。结合未来GIS技术的发展方向，我果断决定采用ArcEngine 作为GIS平台进行二次开发。ArcEngine尽管代表了未来组件式开发方向，但它却只是刚刚推出的新产品，再加上我在博士硕士期间也主要做的底层GIS平台与关键算法研发，对ArcEngine的开发并不太了解，于是在罗主任的支持下，我找来了已经在公司上班的硕士同学朱春华来协助走出第一步（公司往往有些技术是走在最前列的）；此时的曹姐已经安排进入MICAPS3.0版本的前期调研工作了，只能从需求上把关，幸好也得到了决策服务中心（现气象服务室）张建忠等同事在需求方面很好的讨论与帮助。就这样，凭借我们熟练的VC++与COM开发能力，克服了一个又一个的技术难点：如何快速访问MICAPS格式的气象数据、如何空间可视化…，这可就是后来MESIS的最早开发阶段哦。

地理信息系统知识：GIS在气象学中的应用

地理信息系统（GIS）是一种技术，它将地理空间数据与非空间数据相结合，提供全面的地理空间信息。GIS在许多领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护和资源管理等。在气象学领域，GIS也有重要作用。本文将探讨GIS在气象学中的应用。

一、GIS在气象学中的基本应用

GIS在气象学中的基本应用主要是将气象数据进行管理、处理、分析和展示。这包括气象数据的输入、存储、处理、分析和输出等过程。

1.气象数据的输入

气象数据的输入是指将各种气象数据源的数据输入到GIS中，以供后续处理和分析。气象数据源包括卫星图像、空气质量监测站、气象站、雷达和卫星数据等。

2.气象数据的存储

在GIS中，气象数据将以图层的形式存储。不同类型的气象数据将存储在不同的图层中，以便进行更好的管理和分析。 3.气象数据的处理

GIS可用于对气象数据进行处理和分析，以提取有用的信息。例如，通过多传感器数据融合，可以生成高分辨率的气象图像。还可以利用GIS分析气象数据，如温度、湿度、降雨量等，预测气象趋势和天气预报。

4.气象数据的输出

GIS可以将分析后的数据输出为各种形式，如图表、统计数据、报告等，以在气象行业中进行应用。

二、GIS在气象学中的具体应用

除了基本的应用以外，GIS在气象学领域还有许多具体应用。以下是几个例子：

1.山洪灾害分析

GIS可以用于山洪灾害分析，通过分析地形、降雨和水文数据等多种数据，预测可能出现的山洪灾害情况。此外，GIS还可以进行山洪灾害预警和监测，以及协调救援等工作。

2.城市空气质量监测 GIS可以用于城市空气质量监测。通过GIS将空气质量监测站的数据进行集成，可以建立城市的空气污染的动态监测和预测模型。还可以利用GIS进行空气污染的分析，以评估可能的风险和提供治理方案。

3.气象站监测

GIS可用于气象站的监测。将气象站信息以图层的形式存储在GIS中，GIS可以监测气象站的状态、数据质量和变化等，及时发现异常。

第１９卷３期　２００８年６月　应用气象学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＭＥＴＥＯＲＯＬ０ＧＩＣＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ｖｏ１．１９．Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２００８　ＧＩＳ技术在决策气象服务系统建设中的应用　吴焕萍　’　罗　兵　’　王维国　’　段延娥２’　（国家气象中心，北京１０００８１）　（北京农学院，北京１０２２０６）　摘　要　该文介绍了基于组件式ＧＩＳ技术的决策气象服务系统建设的总体框架，并阐述了系统的建设内容，主要包括　电子地图建设、气象制图输出、实时与历史资料检索、灾情分析、台风预警与损失评估以及参数化制图等功能；同时　对ＧＩＳ应用于决策气象服务系统的若干关键技术问题进行了深入讨论与分析，如数据共享与转换、气象要素插值　算法、空间信息检索方法、基于插件技术的模型评估方法、三维可视化技术；最后给出了相关结论，并指出该系统将　为全国综合性决策服务系统提供一个良好的建设思路。　关键词：ＧＩＳ；气象制图；气象要素查询；灾情分析；三维可视化　引　言　气象服务是所有气象业务产品向社会提供服务　的出口，是气象工作的出发点和归宿，其中包括决策　气象服务、公众气象服务、专业气象服务和科技服　务Ｌ１　Ｊ。决策气象服务是指专门为党中央、国务院及　同级或以上相关综合部门提供气象服务，要求服务　产品具有针对性、主动性、及时性和准确性。目前，　气象部门建设的决策服务系统大多基于ＭＩＣＡＰＳ　（气象信息综合处理系统）业务系统，但ＭＩＣＡＰＳ系　统是面向预报员的业务操作，其产品交互制作能力　远远不能满足决策服务的需要。完善和规范决策气　象服务产品，推进决策服务向直接提供决策建议转　变，具有重要意义。因此，为了适应决策气象业务发　展，建设新一代国家级决策气象服务系统显得尤为　重要。　地理信息系统（ＧＩＳ），作为一门重要的空间信息　技术，在越来越多的信息系统建设中发挥了重要作　用。决策气象服务系统的基石是各类海量信息，这　些信息既包括空间地理信息，又包括大量与空间密　不可分的气象属性信息。气象数据本质上也是地理　信息，因为气象中的风速、温度、气压等都是相对于　具体的空间域和时间域而言，没有地理位置的气象　要素是没有任何意义的［２－３］。ＧＩＳ技术优势在于可　以海量管理和查询气象信息，可以对地理空间数据　进行分析处理，与数值模型计算相结合，还可以形象　直观地可视化表达模型计算结果；ＧＩＳ空间分析能　力还可以与气象信息技术相结合，提供空间和动态　的地理信息，并采用一定模型为决策服务提供科学　依据Ｌ４ｊ。国内气象部门决策服务系统的建设基本上　是以信息共享再配合ＭＩＣＡＰＳ一些功能而实现，还　没有充分利用ＧＩＳ技术的优势来真正构建决策气象　服务系统Ｌ５培Ｊ。因此，本文选择了ＧＩＳ技术作为业　务系统的基础开发平台。　１系统总体框架　为了保证系统的可重用性、共享性和扩展性，业　务系统采用了层次化的设计思路，系统总体框架由３　部分组成：数据层、通用核心ＧＩＳ气象应用组件层以　及业务服务平台。应用系统的总体框架如图１所示。　数据层：指现有的数据共享环境，主要存储了决　策气象服务所涉及的３类数据：气象业务数据库（如　实时观测资料，服务产品等）、基础地理信息数据（即　空间数据）以及社会经济、人口数据。所有的数据均　采用Ｏｒａｃｌｅ大型数据库进行统一存储和管理，其中　空间数据库的存储则采用ＥＳＲＩ公司的空间数据引　擎（ＡｒｃＳＤＥ），而社会经济、人Ｅｌ等数据则直接与基　础地理信息进行了空间一体化关联存储。通用核心　科技部“十一五”基础支撑项目（２００６ＢＡＫ０１Ａ２９，２００６ＢＡＫ０１Ａ１８，２００６ＢＡＤ０４Ｂ１０）和中国气象局基建项目（［２００７］２０３）共同资助。　２００７—０７—０６收到，２００８—０２—０２收到再改稿。