气象观测数据等值线自动绘制系统

提 要:基于气象观测数据的自动等值线系统采用IDL作为开发工具,通过对自动气象站数据的处理和分析,自动生成等值线图(包括温度,降水等值线 图,风矢量图等)并发布到WEB页面,提供动画播放功能和图像查询功能。该系统不仅为天气预报提供必要的决策支持,也是监视天气变化的有效工具。系统在北 京第29届奥运会气象服务中得到了广泛使用,是气象预报人员进行个例分析和预报服务的重要支撑平台。
关键词:等值线 IDL 反距离加权法
作 者:刘旭林 赵文芳

引 言
  等值线图是以相等数值点的连线表示连续分布且逐渐变化的数量特征的一种图形,是气象上常用的气象要素图形显示方法。在气象预测预报和 气象服务中,通常要用到以地图为背景的雨量、温度等气象要素的可视化分析,特别是在决策气象服务中可达到直观形象的效果,使人一目了然[1]。因此,目前 在许多业务系统中都涉及到如何生成气象要素等值线的问题。

  绘制等值线常用的软件很多,常用的主要有Surfer、GrADS、NCAR 等。这些软件的功能类似,各有优缺点。例如Surfer软件只能用于Windows操作平 台,GrADS(GridAnalysisandDisplaySystem)是一组多平台应用及气象数据图形分析和显示系统,它提供了一个交互操作的气 象格点数据和站点数据的分析和显示环境,但是处理站点资料的能力较弱,而且无法直接采用站点资料来绘制等值线[2]。NCAR 绘图软件包是美国大气科学研究和业务工作通用的计算机绘图工具,它功能强、使用方便、便于移植[3]。但是NCAR提供的主要是C和FORTRAN 语言的动态库,需要编写C 或者FORTRAN的程序来调用,而Linux系统下利用C或者FORTRAN 开发绘图系统的难度和工作量都比较大。

  基于气象观测数据的自动等值线系统的开发环境和运行环境都是Linux,在比较了几种绘图软件的优缺点后,选用了 IDL作为开发语言。IDL(交互式数据语言,InteractiveDataLanguage)是美国ResearchSystemInc开发的面 向矩阵的计算机语言,适合数据挖掘和可视化分析。IDL长于矩阵和数组运算,并可方便地对运算结果进行可视化,支持的数据格式多种多样,并附有读写各科研 专用格式的IDL 库[4]。其图形功能也很强大,可以作二维、三维图像、等值线图、直方图、进行地图投影等,还可以进行复杂的图像处理。它还有较强的跨平台能力,支持 Windows、Unix、Linux、MacOS 等多个操作系统。选用IDL作为开发语言的优点有许多,例如,系统可以很轻易地移植到不同的操作系统、IDL 处理数据的速度快、语言简单易学、减轻了开发任务。此外,IDL绘画的等值线不仅能存为多种格式的图像文件,还能转换为矢量格式,例如GIS中的SHAPEFILE格式,这使得系统输出的等值线图不仅能发布到WEB页面上,还能发布到WEBGIS平台下,给用户提供一些放大缩小的操作,结合地理数据一起使用。
  在国际上,许多气象专家都是用IDL来做气象数据的可视化分析,澳大利亚气象局研究中心采用IDL 开发了一套综合预报系统,成功地服务于2000年悉尼奥运会,服务于2008年北京奥运会的临近预报实时检验系统也是基于IDL 开发的[5]。由此可见,IDL在气象行业的应用前景是十分可观的。然而在国内,IDL在气象领域的使用还处于初级阶段,对IDL熟悉的人很少。本文拟在这些方面开展初步的研究分析,利用IDL的等值线算法,以北京所有自动观测站的资料为原始数据,实现了Linux环境下的自动等值线系统,为IDL在气象上的深层次应用提供一个新的思路。
1 系统设计
11 系统总体功能要求
  ① 自动采集装备中心下发的分钟自动气象站报文,进行解码,入库;报文每分钟更新一次,每分钟下发10次,要求系统能及时地处理采集到的报文;
  ② 对报文中的要素温度和风等,生成每5分钟的等值线图;
  ③ 在WEB 上提供等值线图的动画显示;
  ④ 能动态生成累计雨量的等值线图;在WEB页面上用户选择开始时间和结束时间,提交后就能生成一张该时间段内的累计雨量等值线图;
  ⑤ 提供每小时和每5分钟的累计雨量

专业气象软件开发与技术服务提供商

QQ在线咨询
咨询热线
0574-87344840
商务合作
18167226573