数学在气象中的应用

2019年第2期信息与电脑China Computer & Communication软件开发与应用ArcGIS在气象数据处理中的应用万 伟1 张红艳2 唐守军1（1.广东理工职业学院，广东 广州 510091；2.广州中心气象台，广东 广州 510080）摘　要：ArcGIS是一种空间地理信息管理系统。以成熟的ArcGIS技术为基础，利用ArcMap创建模型（ModelBuilder）和ArcGIS Engine开发技术，搭建系统应用集成框架，建立了服务产品输出系统。该系统可定制专业的气象数据分析插件，实现自动生成各类气象预报产品的功能，完成了气象产品的个性化定制，提高了组件开发效率和利用率，充分体现了GIS技术在气象领域中的应用优势。关键词：ArcGIS；ArcMap；建模；气象数据；气象服务中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）02-101-02Application of ArcGIS in Meteorological Data ProcessingWan Wei1，Zhang Hongyan2，Tang Shoujun1(1.GuangDong Polytechnic Institute, Guangzhou Guangdong 510091, China; 2.Guangzhou Central Meteorological Observatory, Guangzhou Guangdong 510080, China)Abstract: ArcGIS is a spatial geographic information management system. Based on the mature ArcGIS technology, using ArcMap ModelBuilder and ArcGIS Engine development technology, the system application integration framework is built, and the service product output system is established. The system can customize professional meteorological data analysis plug-ins, realize the function of automatic generation of various meteorological forecast products, complete the personalized customization of meteorological products, improve the efficiency and utilization of component development, fully reflects the application advantages of GIS technology in meteorological field.Key words: ArcGIS; ArcMap; modeling; meteorological data; meteorological service０　引言ArcGIS是一种空间地理信息管理系统，气象数据本身具有经纬度信息和高层信息，如果二者相互结合，ArcGIS技术将在天气预报分析、气象灾害监测预警等方面有着广阔的应用空间，能够为海量气象数据管理与共享、气象数据分析展现、气象预测预报等各应用领域提供基础支撑和决策支持[1]。本文主要介绍一种利用ArcGIS技术自动生成精细化预报产品的方法，以ArcGIS Engine技术为GIS功能支撑，建立广东省各地区市县气象要素预报产品的显示系统[2]。通过ArcMap创建模型（ModelBuilder）和ArcGIS Engine开发，将精细化产品和地理信息结合，按照定制流程实现各种预报产品、决策服务产品（包括文字与图形产品）的制作和自动输出，实现了气象产品的个性化定制并提高了开发效率，有利于逐步实现气象业务的现代化。１　系统框架系统主要包括基础空间数据库、数据访问层、ArcGIS应用集成框架、气象ArcGIS组件和气象信息输出系统。1.1 数据库层数据库层主要由基础空间数据库、元数据库、NetCDF数据库三部分组成。基础空间数据库主要提供各种基础地理数据的存储和管理。元数据库主要表述整个数据库，提供空间数据的说明信息，并保存ArcGIS应用集成框架的有关配置信息。NetCDF数据库提供气象格点数据资料。基金项目：广东省气象局气象科技项目（项目编号：2008A01）。作者简介：万伟(1980—)，男，湖北鄂州人，硕士研究生，讲师。研究方向：人工智能、信息安全、GIS。张红艳(1982—)，女，湖北钟祥人，硕士研究生，工程师。研究方向：信息管理系统、GIS。唐守军（1980—），男，山东淄博人，硕士研究生，副教授。研究方向：人脸识别、图像处理。— １０１ —2019年第2期信息与电脑China Computer & Communication软件开发与应用1.2 数据访问层数据访问层主要提供空间数据和非空间数据的数据访问。空间数据访问主要通过空间数据访问引擎完成，NetCDF数据已有可读写的访问接口。1.3 ArcGIS应用集成框架该框架为一个可扩展、可定制的应用系统框架，提供了ArcGIS Engine插件开发机制，可根据需要随时扩充所需的GIS功能。1.4 气象ArcGIS组件气象ArcGIS组件是通过ArcGIS应用集成框架开发出的组件，主要提供各种气象分析的GIS插件功能。1.5 气象信息输出系统通过自动化流程作业将气象产品以图片、文字、表格等形式输出。２　系统主要功能部分2.1 ArcGIS应用集成框架该框架提供了ArcGIS Engine插件开发机制，可根据用户需求随时扩充所需要的GIS功能，实现组件定制。核心模块ArcToolbox工具箱提供了大约250种工具，具有复杂的空间处理能力。开发此插件（GP）的主要步骤包括四方面。2.1.1 IGPFunctionFactory和IGPFunction接口只要实现IGPFunctionFactory接口便可以在ArcGIS软件启动时加载自定义的GP工具。GP工具需要实现IGPFunction接口，一旦实现该接口，ArcToolBox会根据名字列出每个自定义GP工具。2.1.2 实现上述接口中的方法IGPFunctionFactory主要的三个方法如下：GetFunction(BSTR Name, IGPFunction * * Function)，GetFunctionName(BSTR Name, IGPName * * functionname)，GetFunctionNames (IEnumGPName * * functionnames)。IGPFunction主要的方法有：Validate(IArray * paramvalues, VARIANT_BOOL updateValues, IGPEnvironmentManager * envMgr, IGPMessages * * message)，Execute(IArray * paramvalues, ITrackCancel * trackcancel, IGPEnvironmentManager * envMgr, IGPMessages * message)。2.1.3 关键操作（1）UI参数定义——get_ParameterInfo(IArray * * params)Params可保存每一项自定义的UI参数的动态数组。这个方法的作用是根据用户设置的各类参数设置GP Function Tool的UI，交互细节已被隐藏，用户只需设定参数类型，自动得到参数对应的UI，可直接定义参数类型。（2）参数验证——Validate()方法通过Validate方法提示输入的参数信息是否正确，使用IGPUtilities的Internal Validate方法进行参数验证。（3）执行——Execute()方法方法执行过程如下：第一，根据用户的输入得到参数对象，包括Featureclass、Table等；第二，结合获取的参数类型，在此处实现真正的数据分析功能，如选择、筛选、画图 等[3]；第三，注意错误信息的友好提示；第四，部署，直接注 册DLL。2.2 气象信息输出系统自动化工作流程处理任务最简单的方法是创建一个模型，模型由一个插件或者多个插件组成，通过建模（ModelBuilder），将自动化的气象数据和地理信息结合，按照业务流程完成各种资料（实况、预报）、决策服务产品（包括文字、图形等）的制作和自动输出。具体的产品制作流程如下：（1）启用ArcMap制作专题图，完成背景、图例、标题文字、经纬网等；（2）建模，搭建工作流程，即将ArcToolbox中的气象组件拖拽入建模平台，进行关系连接；（3）运行测试模型，将结果以地图图层方式叠加到专题图上，输出为图片格式；（4）部署自动运行任务，将建好的模型添加到后台作业任务计划中，并设置运行的时间周期，实现自动出图。３　结　语基于ArcGIS技术能够实现高效灵活的气象制图功能，提高了服务产品的可视化水平；结合GIS的空间分析能力，提高了气象信息的综合分析功能；结合GIS的空间建模能力，能够高效率完成日常的服务需求。本文利用地理信息系统软件ArcGIS搭建的系统集成框架已在本地业务中成功运行。随着GIS技术的深入普及和应用，GIS在气象领域的应用将会更加广泛，充分发挥其强大的优越性，之后将进一步研究其他方法并应用到业务中。参考文献[1]李丹.GIS技术在气象领域应用综述[J].科技资讯,2017(24):26-27.[2]范玉鑫.基于ArcGIS Engine技术的气象要素时空插值的应用[J].气象灾害防御,2017,24(2):31-33.[3]汤国安,杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京:科学出版社,2017:196-211.— １０２ —

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智慧气象在农业服务中的应用

作者：戴海燕 张黎 依航 孙奇

来源：《乡村科技》2017年第33期

[摘 要] 在农业生产中，影响农产品产量和质量的因素很多，其中气象是一个十分重要的因素。气象与人们的生产、生活都有十分密切的关系，特别是现代农业生产，更是离不开气象。近年来，随着社会的进步和科技的发展，我国的农业生产发生了巨大的改变，在市场经济的推动下，农业种植结构发生了很大的变化，特色农业不断出现，农业发展朝着多元化方面发展，这就要求气象服务也必须多样化、个性化，在这种背景下，智慧气象便成为做好气象工作、为农业发展提供更好服务的必然。本文对此进行分析研究，希望对农业生产提供启发和参考。

[关键词] 智慧气象；为农服务；农业大数据

[中图分类号] TP391.44 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2017）33-83-2

1 智慧气象概述

1.1 智慧气象的概念

智慧气象是近年来才提出的一个新的概念，主要是指依托现代的科技进步，在高科技产品及互联技术支撑下发展起来的一项新的气象服务系统。这个系统包含云计算、移动客户端、物联网、大数据分析和人工智能等新技术，通过对这些新技术的进一步应用，达到能够对气象具备自我感知、自行判断、主动分析、合理选择、决定行动以及创新和自适应的能力，具备一定智慧性。通过此系统的应用，自动和智慧地处理气象业务，促进气象服务质量的提高，使气象管理过程更加科学合理、效率更高。智慧气象具备智能化的感知功能，比如，对气象要素的取得、气象对经济社会的影响度、用户需求、气象工作的运行情况等都具备智能的感知功能。智慧气象相较于传统气象，预测更加精准，如对气象要素、气象灾害、气象影响等，在现代网络及数据分析技术的支撑下，预测更加精准和精细。智慧气象服务内容更加丰富、服务面更广，包含各行各业，与人们的生活、生产息息相关，能满足人们对气象服务的个性化及专业化的更高端需求。智慧气象具有管理科学及持续创新的优势，对于各种业务、服务、数据能进行智能分析，以此为依据，对管理决策提供支撑，能有效提高管理水平，使管理科学化。气象智慧化为个人、组织提供有力的数据支持，利于科学和业务创新，提高气象服务水平。

气象学中的数学应用问题

气象学中的数学应用

一、气象预测分析

1、数学模型：为了预测气象状况，科学家利用复杂的数学模型来进行计算，他们根据目前的情况预测未来的气象趋势。

2、均值分布：气象学家利用均值分布（例如高斯分布）来度量会有多种可能的情况。

3、统计分析：利用气象数据和统计分析来检验气象学家的预测结果是否准确。

二、气象数据可视化

1、图形模型：气象学家使用不同的图形模型（例如海拔图，形状图）来表示气象数据。

2、碎片数据可视化：由于大量的气象观测和数据处理设备，现在大量的气象数据是分散的，气象学家利用可视化技术来把这些碎片数据组合起来。

3、地理信息系统：气象学家利用地理信息系统（GIS）把大量的气象数据结合在一起，为气象模拟和预测提供基础数据。

三、实验过程中的数学模拟

1、模拟冲击：气象研究者可以利用空气动力学模型来模拟力学物理和化学反应等冲击效果，预测不同环境下气象状况的变化。

2、尺度模型：气象学家可以利用尺度模型，通过研究气象系统的特征以及宏尺度和微尺度的相互作用，来研究大范围和小范围气象系统中的过程。

3、地形模型：气象学家可以利用三维地形模型来解释气象状况的变化，帮助他们更好地理解气象环境。

四、气象影响评估

1、统计模型：气象影响评估利用统计模型来估算不同气象条件下的潜在风险，并根据其中可能存在的极端气象来评估气象影响。

2、数值模拟：使用数值模拟方法，气象影响评估可以分析气象事件潜在的影响，并通过模拟技术对它们进行计算，以更准确地了解气象事件的影响。

3、灾害模拟：利用数学模型来模拟极端性气象事件所释放出的灾害，帮助气象影响评估更准确地预测灾害的发生。

文章编号:1673-8411(2007)增刊Ⅰ-0076-03

SPSS在气象统计分析中的应用

黄燕波

(北海市气象局,广西北海　536000)

摘　要:论述了推广SPSS统计软件包应用于气象统计分析的必要性和可行性,然后简单介绍该软件包及其对于一些主要的气象统计方法的应用。关键词:SPSS;气象统计分析;FORTRAN;数值预报产品释用

1　SPSS简介

SPSS是英文StatisticalPackagefortheSocialScience(社会科学统计软件包)的缩写。20世纪60年代末,美国斯坦福大学的三位研究生研制开发了

最早的统计分析软件SPSS,经过几十年的发展,

SPSS现已推广到多种各种操作系统的计算机上,它和SAS、BMDP并称为国际上最有影响的三大统

计软件。

SPSS虽名为社会科学统计软件包,其实只是为了强调其在社会科学应用的一面,而实际上广泛

应用于自然科学、社会学、经济学、教育学、心理

学、医学以及体育、工业、农业、林业、商业和金融等各个领域。

SPSS号称统计软件中的贵族,具有四大显著

优点:1、操作界面最为友好,易学易用。2、强大而成熟的资料处理和统计分析功能。3、精心设计人

性化的图形操作界面。4、美观的结果输出。

SPSS统计分析过程包括描述性统计、均值比较、一般线性模型、相关分析、回归分析、对数线

性模型、聚类分析、数据简化、生存分析、时间序

列分析、多重响应等几大类,每类中又分很多个统计过程,比如回归分析中又分线性回归分析、曲线

估计、Logistic回归、Probit回归、加权估计、两阶

段最小二乘法、非线性回归等多个统计过程,而且每个过程中又允许用户选择不同的方法及参数。

SPSS也有专门的绘图系统,可以根据数据绘制各

种图形。

2　气象统计分析方法与软件实现

气象统计分析预报在气象业务预报和科研工作中占有重要的位置,特别是在数值预报产品统计释用及中长期预报业务中,统计预报更是扮演着一个重要的角色,多元分析中的回归分析,判别分析,相关分析,主成分分析,因子分析、聚类分析,谱分