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地理信息系统在气象领域的应用

范文

王焕哲

摘要：地理信息系统作为一门重要的信息技术，近年来已经被深入应用于气象领域。GIS在气象领域的应用不仅仅是直观地表达天气预报的结果，而且还可以利用GIS强大的空间分析功能，对气象信息与其他地理空间信息进行综合的空间叠加分析。本文主要分析地理信息系统在天气预报应用、人工影响天气、地质灾害气象预报、气象灾害评估、气象资料管理与可视化分析以及综合气象服务系统等气象业务中的应用。

关键词：地理信息系统;天气预报;人工影响天气;气象防灾减灾

中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0156-03

Abstract： As an important information technology， geographic information system （GIS） has been widely used in the field of Meteorology in recent years. GIS is not only used to analyze weather information， but also to analyze weather information. This paper mainly analyzed the application of GIS in weather forecast， weather modification， geological disaster weather forecast， meteorological disaster assessment， meteorological data management and visualization analysis and integrated meteorological service system.

Keywords： geographic information system;weather forecast;weather modification;meteorological disaster prevention and mitigation

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是运用计算机软、硬件系统，对目标空间的相关地理要素信息数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统[1]，具有强大的空间分析和数据管理能力。气象业务与地理信息密切相关，气象预报与服务产品、人工影响天气作业、气象防灾减灾等重大气象业务都是作用于某一地理坐标范围内的产品与服务，不存在没有地理坐标的气象业务活动。GIS技术在气象领域的應用推动气象事业的精准化、信息化发展。图1是地理信息系统概述图。

1 GIS的重要性和优势

GIS是一门综合性的空间信息技术，它具备储存、管理、分析、显示与应用地理信息的功能（图2）。GIS的优势在于可以管理和查询海量的气象信息，通过参照气象模型对相关数据进行计算和分析处理，并且可以在地图上以可视化的方式表达模型计算结果[1]。同时，根据长期积累下来的历史数据，GIS还可以体现气象数据在空间和时间范围内的动态信息，为气象服务提供科学依据。由于气象数据往往包含空间信息，如距离地面的气压层垂直高度以及经纬度等，因此借助GIS处理气象数据适配性很高。

近年来，随着GIS技术的迅速发展，其在实用性及功能方面有所提升，运用GIS技术发展新一代气象分析软件系统，让预报人员能将各式各样的实用探测资料有序地在同一个平台上显示出来，包括自动气象站数据、天气雷达图像、气象卫星云图、高空探测数据、闪电定位资料以及预报模式数据等。GIS不仅能有效处理数据，而且在处理图像方面也有着独特的优势。气象部门向测绘地信部门提供相关的气象数据与服务，包括地面气象观测站、高空气象观测站观测资料，地面、高空气候标准值数据集，气象卫星云图、全国天气雷达图像产品，数值预报模式产品等，同时测绘地信局也会向气象局提供不同比例的基础地理信息数据，以及国家地理信息公众服务平台在线服务，进行数据共享和交换，加强信息交流与互动沟通，进一步推动气象事业的发展。

2 GIS在气象领域的应用

GIS技术能实现天气预报结果的直观表达，即定位与天气预报结论一一对应的地理坐标。通过对地理信息图层的绘制、透明和叠加，对气象信息与地理信息空间进行多维度分析，结合遥感图像技术实现多维可视化。GIS凭借其强大的空间分析能力以及数据管理、处理、加工、显示能力，实现预报预警、气候分析、资源监控、公众服务、信息发布、系统管理等功能，为各级各类气象服务提供智能化、网格化、全面化的综合管理，通过对GIS技术的深度应用以及卫星监测、雷达监测、外推预报图形、自动站数据等产品的叠加，为短临天气预报、精细化格点预报、灾害气象风险预警等服务提供有力支撑。GIS在气象预报与服务、人工影响天气、气象防灾减灾、气象数据资料管理等关键环节都发挥着重要作用。

2.1 GIS在天气预报与服务过程的应用

GIS技术与气象业务流程紧密结合，将点射的实时数据网格化管理，业务人员借助其较好的空间分析、加工、处理和显示能力，将地理信息、观测采集到的气象要素数据资料作为自变量，建立模式方程，得出相应要素的预报结论，绘制出气象预报图、区域天气多因素影响叠加分析图，制作智能化的多媒体系统天气预报的数据图表和图像，使天气预报完成数据可视化，协助预报员更好地解读和叙述天气状况，同时使公众能更为形象化地掌握天气状况。天气预报数据可视化极大地提高了气象服务的效率和质量。

GIS技术在农牧业气候区划服务中应用广泛。GIS对农作物和牲畜生长特性、地理信息、气象资料等相关数据进行叠加空间分析，生成农业气象区划图，帮助广大农民群众根据区域条件，选择适宜的农作物、牲畜开展生产、养殖活动。GIS技术依据气候资料、行政部门界限、等值线、气象站网站部位等信息内容，创建气候地理模型，获得农业区划气象数据信息，并制成服务产品。科学种植有利于提高农民的经济效益，降低歉收风险。

2.2 GIS在人工影响天气业务的应用

人工影响天气是通过一定的技术手段对目标空间范围内的大气环境进行趋利避害的人为干预。人工影响天气作业的过程离不开运用GIS技术的预先资料准备。作业前期，通过GIS技术对作业炮点、空域地理位置数据、卫星云图资料、雷达回波数据及实时上传的各类数据进行叠加空间分析与数据管理，生成专业数据资料。人工影响天气部门的作业单位可通过搭建基于GIS技术的作业指挥平台，实现各类气象数据的分析、融合、叠加、显示，为人工影响天气作业人员提供有效的科学决策依据。王以琳等以GIS为基础，把人工增雨、防雹资料分析、作业指挥、数据传递、效果分析等项市级人工增雨、防雹业务较完整地汇总到一个工作平台上，建立了可视化地市级人工影响天气业务技术系统[2]。

2.3 GIS在气象防灾减灾业务的应用

我国幅员辽阔，具有温带大陆性气候、温带季风气候、亚热带季风气候、高原山地气候等多种气候类型，自然灾害种类较多且发生较为频繁。相关业务人员在雷达原始观测数据质量控制的基础上，借助GIS技术将不同的雷达产品数据与地理数据分析、数值模型计算相结合，通过提供台风、暴雨、强对流天气的监测图像，实现气象灾害监测数据发布、气象雷达数据的三维可视化展示、雷达站点运行情况监测等功能，满足气象业务和公众生活对气象信息资源的需求，提高灾害性气象分析的精确度和应急决策的科学性。利用公众服务平台监测报警功能，事先在天气灾害易爆发区域设定报警警戒值，一旦气象数据达到警戒值，会自动报警，气象部门的工作人员根据事先制定好的流程制作相应的服务材料，向各个相关部门分发预警信息，做好防灾减灾的准备，以减少灾害损失，保障国家和人民的生命财产安全。

GIS可以有效地助力日常管理和汛情防范工作，也能为防汛指挥调度有序进行提供数据基础和决策依据，确保防汛工作更加科学、高效。利用GIS技术对地理信息基础数据、水利和水务实时监测数据、气象时空数据、业务动态数据进行空间分析，整合河道产汇流分析、水情水质相关关系分析、水质水量调度分析、受灾影响预测、河段水污染风险分析等资料，为防汛业务决策提供科学依据。GIS技术结合遥感影像技术可以实现受灾地点地理信息、河网水系、行政区划、责任河段，以及监测站网、监控站点、巡河轨迹、定位预警的空间可视化，通过强大的空间分析技术支撑，有效实现空间要素定位查询、业务处理可视化交互、大数据分析可视化表达。根据当前雨情、水情和预判信息，针对流域的大型水库，生成防洪供水调度方案，并预判下游防汛形势[3]。

2.4 GIS在建立气象资料数据库的应用

气象事业发展多年来产生了海量的气象数据，利用GIS技术可实现气象观测数据、气象离散数据及气象格网数据的完整保存，建立气象数据资料库，实现气象历史数据资源的科学智能化管理与研究应用。

目前，我国国家气象局信息中心、国家卫星气象中心分别利用技术建立了基础地理信息数据库、风云系列卫星观测影像数据库，还将继续建立其他气象资料空间数据库，实现了空间数据的一体化管理，为气象科研工作提供了有效的数据基础[4]。空间数据结构多样化，使气象数据便于存取调用与其他管理，便于气象科学研究人员对数据的分析利用，探索气象数据之间的相互联系。空间数据库可用于气象监测站点、气象历史与实时数据、气象卫星影像数据、空气污染预测数据、空气质量标准及法规条例和评价等级、决策项目和边界条件数据等气象资料管理工作[5]。

3 结语

将地理信息系统应用于气象领域，可实现气象台站数据的实时采集、分析统计、阈值告警等一系列功能，达到气象实况监控、图表分析统计、分级预警提示、多数据地图叠加展示、气象台站精准定位、设备远程维护等目的，并能有效解決气象站台常见人员紧缺、不能实时监控的问题，为开展气象预报预警工作提供全面、直观的数据基础，为管理人员的资源调度提供可视化支持，推动了气象事业的发展。

参考文献：

[1]王豫燕.GIS技术在气象领域的应用[J].河南科技，2019（14）：150-152.

[2]王以琳，黄磊.地市级人工影响天气业务技术系统[J].气象科技，2007（4）：535-540.

[3]王舒，陈京华，吉玮，等.气象地理信息系统设计与实现[J].地理空间信息，2020（2）：5-8.

[4]刘祖涵.一种基于地理信息系统的气象监控装置：CN209979881U[P].2020-01-21.

[5]方威.一种气象三维地理信息系统：CN209707532U[P].2019-11-29.

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