任燕 謝永德 任萍

摘 要：在實(shí)際的氣象服務(wù)實(shí)踐中用戶的需求是千變?nèi)f化的，經(jīng)常會(huì)需要非常規(guī)的統(tǒng)計(jì)資料，氣象部門沒辦法面面俱到地事先建立起包含各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫供使用者查詢，為了能滿足用戶的各種需要，需要構(gòu)建出一個(gè)數(shù)據(jù)加工平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的手段：一是針對不同要素的物理意義及特點(diǎn)盡可能多地增加統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的品種，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；二是設(shè)計(jì)出復(fù)雜的豐富的邏輯查詢方法從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)；三是設(shè)計(jì)出針對數(shù)據(jù)庫中基本數(shù)據(jù)的自由選擇時(shí)間段的向?qū)降慕y(tǒng)計(jì)查詢的方法；四是設(shè)計(jì)出一個(gè)可交互的數(shù)據(jù)工作表以及二次加工算法工具，對通過各種方式查詢顯示在工作表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加工，由使用者根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)方法，得出較復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)序列。

關(guān)鍵詞：氣象觀測 信息服務(wù) 數(shù)據(jù)處理 加工平臺(tái)

中圖分類號(hào)：P413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0092-02

在實(shí)際的氣象服務(wù)實(shí)踐中服務(wù)對象的需求是千變?nèi)f化的，經(jīng)常會(huì)需要非常規(guī)的統(tǒng)計(jì)資料，氣象部門沒辦法面面俱到地事先建立起包含各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫供服務(wù)人員查詢，通過采取以下四種措施構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)加工平臺(tái)：一是針對不同要素的物理意義及特點(diǎn)盡可能多地增加統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的品種，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；二是設(shè)計(jì)出復(fù)雜的邏輯查詢方法從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)；三是設(shè)計(jì)出針對數(shù)據(jù)庫中基本數(shù)據(jù)的自由選擇時(shí)間段的向?qū)降慕y(tǒng)計(jì)查詢的方法；四是設(shè)計(jì)出一個(gè)可交互的數(shù)據(jù)工作表以及二次加工算法工具，由服務(wù)人員根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)方法，得出較復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)序列。

1 數(shù)據(jù)加工平臺(tái)框架

數(shù)據(jù)加工平臺(tái)由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和軟件系統(tǒng)四部分組成。數(shù)據(jù)源由信息化數(shù)據(jù)文件組成；數(shù)據(jù)集是由信息化數(shù)據(jù)文件經(jīng)過統(tǒng)計(jì)加工形成的數(shù)據(jù)文件；數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)集；軟件系統(tǒng)由若干程序模塊組成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

2 數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)與制作

數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)與制作是構(gòu)建數(shù)據(jù)加工平臺(tái)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的高低將直接影響數(shù)據(jù)加工平臺(tái)的性能。在數(shù)據(jù)加工與統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的需要設(shè)計(jì)制作，利用經(jīng)過質(zhì)量控制的信息化數(shù)據(jù)文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)加工形成16個(gè)文本文件。

2.1 源數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)集制作用到的是地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件（A、A0、A1、A6、A7文件），在進(jìn)行數(shù)據(jù)集加工之前，必須對所使用的資料進(jìn)行質(zhì)量控制。對原始觀測資料的質(zhì)量控制方法有：要素允許值范圍檢查、氣候?qū)W界限值檢查、極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查等。數(shù)據(jù)集加工用到的數(shù)據(jù)應(yīng)是具有質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)，其中標(biāo)識(shí)為正確和可疑的數(shù)據(jù)參加統(tǒng)計(jì)，對標(biāo)識(shí)為錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，無法訂正時(shí)，按缺測處理。

2.2 數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)組成及內(nèi)容設(shè)計(jì)

日數(shù)據(jù)集內(nèi)含定時(shí)觀測數(shù)據(jù)及日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行千變?nèi)f化的統(tǒng)計(jì)加工；旬?dāng)?shù)據(jù)集內(nèi)含定時(shí)及日統(tǒng)計(jì)值的旬統(tǒng)計(jì)值；月數(shù)據(jù)集包含定時(shí)及日平均、日極值等的月統(tǒng)計(jì)值以及有關(guān)要素的回?cái)?shù)、次數(shù)、日數(shù)、頻率、極值、日期等的月統(tǒng)計(jì)值；年數(shù)據(jù)集包括常規(guī)氣象要素的年統(tǒng)計(jì)值以及有關(guān)要素的回?cái)?shù)、次數(shù)、日數(shù)、頻率、極值、日期等的年統(tǒng)計(jì)值。

3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法原則

數(shù)據(jù)加工平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要是靜態(tài)的數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)，一旦設(shè)計(jì)完成，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)基本是固定的，而變化的只是氣象資料的續(xù)加。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)緊密相連，以保證實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的全部功能。

3.2 數(shù)據(jù)庫的安全訪問策略

數(shù)據(jù)加工平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的安全策略由四層安全驗(yàn)證體系組成。

（1）客戶端軟件級別。數(shù)據(jù)加工平臺(tái)采用公共用戶和公共密鑰的方式進(jìn)行訪問，公共用戶和公共密鑰由系統(tǒng)管理員提供給用戶，真實(shí)的登錄密碼隱含在密鑰當(dāng)中，由客戶端應(yīng)用程序軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)解釋，這樣就保證了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的安全。

（2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器級別。由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器SQLServer2000進(jìn)行身份的認(rèn)證，確保非法用戶無法登錄。

（3）數(shù)據(jù)庫級別。訪問數(shù)據(jù)庫的用戶必須是在指定的數(shù)據(jù)庫上已經(jīng)注冊的合法用戶，否則無法訪問。

（4）數(shù)據(jù)對象級別。數(shù)據(jù)庫的合法用戶并不能訪問所有數(shù)據(jù)，而只能訪問獲得訪問許可的以單站劃分的數(shù)據(jù)對象。

4 軟件系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用

數(shù)據(jù)加工平臺(tái)的所有功能都是通過軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)集成的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，其承載著數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)加工的責(zé)任，同時(shí)又是一個(gè)開放的系統(tǒng)，允許使用者利用自身的想象力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方法的設(shè)計(jì)與開發(fā)，從而滿足用戶的不同需求。

4.1 軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

軟件系統(tǒng)是一個(gè)多功能模塊的組合體。其組成見圖1。

4.2 軟件模塊功能設(shè)計(jì)及應(yīng)用

4.2.1 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置客戶端軟件運(yùn)行時(shí)所需要的參數(shù)數(shù)據(jù)。

4.2.2 連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

該模塊負(fù)責(zé)打開遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫，并建立連接。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊

主要包括：

（1）管理員入口，該模塊是專門提供給數(shù)據(jù)加工平臺(tái)的管理員使用的。

（2）預(yù)處理A0文件，為了保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的一致性和正確性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)集加工之前需要對A0文件進(jìn)行必要的處理，統(tǒng)一A0文件的格式。

（3）建數(shù)據(jù)集，利用原始數(shù)據(jù)文件統(tǒng)計(jì)加工形成建數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件。

（4）數(shù)據(jù)集入庫，將16個(gè)數(shù)據(jù)集內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4.2.4 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模塊

（1）工作簿操作。

一個(gè)客戶端軟件實(shí)例可以新建或打開多個(gè)工作簿，每一個(gè)工作簿包含多個(gè)工作表，在形式和功能上很像Microsoft office Excel工作簿。工作表是查詢結(jié)果的載體，也是對查詢結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步加工的平臺(tái)。工作表由若干行若干列交叉形成單元格，查詢出的數(shù)據(jù)最終顯示在單元格內(nèi)，每一個(gè)單元格內(nèi)的數(shù)據(jù)都是可以交互的，單元格可以被選中、多重選中，單元格里的內(nèi)容可以刪除、修改、移動(dòng)等。

客戶端軟件的工作簿很好的兼容了Excel工作簿，這樣查詢結(jié)果就很容易被傳播和共享。

（2）常規(guī)查詢。

常規(guī)查詢的功能：

①分別指定被查詢資料的起止日期，被查詢出的資料是不同年份的同一時(shí)間段。

②一次可以查詢多個(gè)要素，在列表中任意選擇。多要素查詢時(shí)每個(gè)要素在工作表內(nèi)占一列，按時(shí)間順序從上到下顯示；單要素查詢時(shí)可以按列顯示，也可以按行顯示，即查詢出的同一年的數(shù)據(jù)顯示在一行內(nèi)，從左到右日期由先到后，這種方式為在工作表上對資料進(jìn)行二次加工，比如累年統(tǒng)計(jì)，提供了極大的方便。

③對每一個(gè)被查詢的要素都可以同時(shí)指定查詢條件，查詢條件用邏輯表達(dá)式表示。在查詢同一時(shí)間不同要素時(shí)，每個(gè)要素都可以指定查詢條件，要素之間的查詢條件可以是與的關(guān)系也可以是或的關(guān)系，通過這些查詢條件的設(shè)定可以做出非常復(fù)雜的查詢結(jié)果。

（3）統(tǒng)計(jì)查詢。

統(tǒng)計(jì)查詢和一般查詢不同的是它更具靈活性，它輸出的數(shù)據(jù)不是數(shù)據(jù)庫中事先統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)，而是根據(jù)用戶需求對數(shù)據(jù)庫中日數(shù)據(jù)表中的日數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)加工的結(jié)果，該模塊提供了豐富的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目列表，針對不同的氣象要素的物理意義設(shè)計(jì)出豐富多彩的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目，并且各統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中加進(jìn)了大量的可由用戶定制的參數(shù)，使統(tǒng)計(jì)計(jì)算出的結(jié)果千變?nèi)f化。

①任意時(shí)間段要素統(tǒng)計(jì)。

任意時(shí)間段要素統(tǒng)計(jì)是對日數(shù)據(jù)表中某一時(shí)間段的四次定時(shí)數(shù)據(jù)或日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步加工，統(tǒng)計(jì)時(shí)間跨度是任意的，可以跨年跨月，也可以將時(shí)間段設(shè)成逐月的方式，從而直接統(tǒng)計(jì)出一年當(dāng)中逐月的統(tǒng)計(jì)值，是對常規(guī)查詢的重要補(bǔ)充。

②初終日期統(tǒng)計(jì)。

該統(tǒng)計(jì)模塊允許用戶任意設(shè)定要素的界限值，從而可以統(tǒng)計(jì)出滿足用戶需求的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。初終日期統(tǒng)計(jì)包括天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的初終日期和氣象要素值達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)的初終日期。

③初終日（初日固定日期）間要素統(tǒng)計(jì)。

初終日（初日固定日期）間要素統(tǒng)計(jì)就是先統(tǒng)計(jì)出歷年某種現(xiàn)象出現(xiàn)或某要素達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的初終日期（方法見5.2.4.3.2），然后再統(tǒng)計(jì)該初終日期間（或初日到某一固定日期間）某氣象要素的統(tǒng)計(jì)值，例如：日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃期間的積溫、降水量合計(jì)、日照時(shí)數(shù)等等。

（4）工作表函數(shù)計(jì)算。

工作表的函數(shù)計(jì)算功能是本系統(tǒng)最為突出的特點(diǎn)，它是利用嵌入在表內(nèi)的統(tǒng)計(jì)函數(shù)和運(yùn)算符號(hào)對表內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次統(tǒng)計(jì)加工，可以滿足復(fù)雜統(tǒng)計(jì)的需求。它使得客戶端軟件加工出的數(shù)據(jù)千變?nèi)f化。

統(tǒng)計(jì)工具能識(shí)別數(shù)據(jù)系列（日期的統(tǒng)計(jì)只對日期格式的單元格有效），當(dāng)焦點(diǎn)單元格在數(shù)據(jù)行尾或數(shù)據(jù)列尾時(shí)可以自動(dòng)選擇需要統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)行或數(shù)據(jù)列并將統(tǒng)計(jì)值顯示在焦點(diǎn)單元格內(nèi)。

5 結(jié)論

通過對地面氣象資料產(chǎn)品的即時(shí)加工技術(shù)研究，得到以下結(jié)論：

（1）突破以往的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)局限，即構(gòu)造一個(gè)地面氣象數(shù)據(jù)加工平臺(tái)，而不是一個(gè)簡單的查詢系統(tǒng)，滿足用戶千變?nèi)f化的特殊需求。

（2）除了常規(guī)的統(tǒng)計(jì)值，針對不同的要素設(shè)計(jì)出不同的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品，比如：氣溫最強(qiáng)連續(xù)升高數(shù)值、氣溫最強(qiáng)連續(xù)降低數(shù)值、最多連續(xù)降水量、取暖度日數(shù)、土壤解凍（凍結(jié)）初終日期等等。

（3）在地面氣象資料數(shù)據(jù)共享方面提出了具體的做法。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，搭建數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

參考文獻(xiàn)

[1] 李集明，沈文海，王國復(fù).氣象信息共享平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（5）：621-628.

[2]李集明.基于Internet面向社會(huì)公益性共享的氣象科學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索策略研究[J].氣象科技，2007，35（4）：589-592.

[3]劉昊鈺，馬強(qiáng)，常飆，等.國家級氣象資料存儲(chǔ)檢索系統(tǒng)監(jiān)視分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18（2）：251-256.