王程程，王麗偉，吳天亭

（吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長(zhǎng)春130062）

氣候整編資料是以氣象學(xué)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，把氣象臺(tái)站的各種觀測(cè)記錄加工統(tǒng)計(jì)成平均值、合計(jì)值、極端值、頻率和變率等各種氣候標(biāo)準(zhǔn)值。世界氣象組織認(rèn)為30年長(zhǎng)度已經(jīng)足夠來(lái)消除年變化影響,建議各國(guó)以30年為標(biāo)準(zhǔn)，為政府部門提供氣候標(biāo)準(zhǔn)值。中國(guó)30年氣候整編資料每十年發(fā)布一次整編版本，目前在用版本為中國(guó)30年（1981年～2010年）氣候整編資料。作為重要?dú)夂蛸Y料的一種，不僅在很多天氣、氣候、模式計(jì)算等方面使用,也廣泛用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源利用、交通、旅游以及國(guó)防、科研等。本文以正在使用的中國(guó)30年（1981年～2010年）氣候整編資料為例，探討整編數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

1 業(yè)務(wù)需求概述

中國(guó)30年（1981年～2010年）地面氣候整編資料，基于中國(guó)基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測(cè)站1981年～2010年地面月報(bào)信息化文件，按照《氣候資料統(tǒng)計(jì)整編方法（1981年～2010）（修改版）》進(jìn)行整編統(tǒng)計(jì)而得。要素包括氣壓、氣溫、空氣濕度、云、降水、天氣現(xiàn)象、能見(jiàn)度、蒸發(fā)、積雪、風(fēng)、地溫、凍土、日照等13個(gè)。統(tǒng)計(jì)值包括平均值、總量、頻率、平均初終日、初終日間日數(shù)等。累年值統(tǒng)計(jì)頻次為年、月、旬、候、日，歷年值統(tǒng)計(jì)頻次為年、月。統(tǒng)計(jì)精度一般精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。主要數(shù)據(jù)集包括：

中國(guó)地面累年值年值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面累年值月值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面累年值旬值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面累年值候值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面累年值日值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面氣候標(biāo)準(zhǔn)值年值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）；

中國(guó)地面氣候標(biāo)準(zhǔn)值月值數(shù)據(jù)集(1981年～2010年）。

30年（1981年～2010年）地面氣候整編資料的使用查詢，往往會(huì)以特定臺(tái)站、行政區(qū)域和時(shí)間為限定查詢條件。使用最多的為單一要素特定統(tǒng)計(jì)值指定臺(tái)站和時(shí)間或時(shí)間段的直接查詢，以特定統(tǒng)計(jì)值為限定條件的復(fù)合查詢和對(duì)查詢結(jié)果的二次統(tǒng)計(jì)也有需求。綜上所述，30年（1981年～2010年）地面氣候整編資料的業(yè)務(wù)特點(diǎn)可以概括為：

以累年值、歷年值為主，數(shù)據(jù)總量不是特別龐大；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中要素、統(tǒng)計(jì)值繁多，并且存在種類變動(dòng)的可能性；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為一次性寫入，后期基本沒(méi)有數(shù)據(jù)更新；時(shí)間和臺(tái)站及行政區(qū)域是主要的查詢限定條件。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)思路

以中國(guó)地面累年值數(shù)據(jù)集為例，范式化設(shè)計(jì)的表結(jié)構(gòu)可以為單一表，包括站號(hào)、時(shí)間及各類要素與統(tǒng)計(jì)值的組合，約70余列。其優(yōu)勢(shì)是符合范式化設(shè)計(jì)及其帶來(lái)的便利，查詢效率在數(shù)據(jù)量不大的前提下有一定保障。其問(wèn)題通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)表的列擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)后續(xù)業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)值的變動(dòng)，其可擴(kuò)展的成本和兼容性較低。

本文中采用了反范式化設(shè)計(jì)的表垂直拆分化列為表的方法進(jìn)行了業(yè)務(wù)表的設(shè)計(jì)，即將屬性較多，一行數(shù)據(jù)較大的業(yè)務(wù)表，按不同的屬性拆分到不同的表中。垂直拆分后，每個(gè)表的表結(jié)構(gòu)和索引結(jié)構(gòu)一致；每個(gè)表僅保存單一的實(shí)體數(shù)據(jù)，如累年各月平均氣溫、累年各旬的平均氣溫、累年各月極端最高氣溫、累年各月極端最高氣溫出現(xiàn)日期是四個(gè)獨(dú)立的表，表名稱按相關(guān)規(guī)則命名。這樣設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)是將列的維護(hù)轉(zhuǎn)換為對(duì)表的維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)表的可擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)庫(kù)的易維護(hù)性；單一實(shí)體數(shù)據(jù)的查詢效率有所提高；所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)一致，實(shí)現(xiàn)了底層數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，便于后期編程及升級(jí)維護(hù)；減小了單個(gè)表的長(zhǎng)度，劣勢(shì)是查詢多個(gè)要素值需要使用join關(guān)聯(lián)；以特定統(tǒng)計(jì)值為限定條件的復(fù)合查詢需要多條查詢語(yǔ)句，聯(lián)合多個(gè)表進(jìn)行查詢。

針對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為一次性寫入的特點(diǎn)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表將建立多重復(fù)合索引以提高查詢效率。并且為了滿足對(duì)查詢結(jié)果的二次統(tǒng)計(jì)需求，將建立業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)值的復(fù)合索引。

為與實(shí)體數(shù)據(jù)集相對(duì)應(yīng)，日照相關(guān)資料采用真太陽(yáng)時(shí)，其他為北京時(shí)。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯上劃分為元數(shù)據(jù)表和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表。元數(shù)據(jù)表包括臺(tái)站、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類，用戶、共享分級(jí)、查詢監(jiān)控信息等元數(shù)據(jù)信息。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表為整編實(shí)體數(shù)據(jù)集。

通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類表，定義不同時(shí)效、不同要素、不同統(tǒng)計(jì)值與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表的對(duì)應(yīng)。

為了便于以各級(jí)行政區(qū)劃為條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢，將建立氣象臺(tái)站與國(guó)標(biāo)行政區(qū)劃代碼的索引，行政區(qū)劃代碼一般由6位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一、第二位表示?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市、特別行政區(qū)）。第三、第四位表示市（地區(qū)、自治州、盟及國(guó)家直轄市所屬市轄區(qū)和縣的匯總碼）。第五、第六位表示縣（市轄區(qū)、縣級(jí)市、旗）。

為保證統(tǒng)計(jì)精度并提高效率，所有類型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以0．01為單位轉(zhuǎn)換為整數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

4 元數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 臺(tái)站信息表

保存相關(guān)臺(tái)站沿革信息，見(jiàn)表1。

4.2 行政代碼字典表

表1 臺(tái)站信息表

行政代碼字典，見(jiàn)表2。

表2 行政代碼字典表

4.3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類表

定義業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)表的名稱、要素、統(tǒng)計(jì)值、時(shí)效等信息，見(jiàn)表3。

表3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類表

5 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)表名稱由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類表定義，其結(jié)構(gòu)完全一致，見(jiàn)表4。

表4 業(yè)務(wù)類別表

索引：站號(hào)、日期；

站號(hào)、日期排序；

站號(hào)、數(shù)值；

日期、數(shù)值；

日期排序、數(shù)值。

6 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

用于記錄數(shù)據(jù)庫(kù)表更新查詢等信息，見(jiàn)表5。

表5 數(shù)據(jù)記錄表

7 結(jié)語(yǔ)

30年氣候整編資料數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是氣象信息化的基礎(chǔ)工作，其功能與性能對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的研發(fā)有重要影響。本文提出的垂直拆分化列為表的反范式設(shè)計(jì)方式，是否是較優(yōu)化的解決方案，需要在實(shí)際工作中不斷驗(yàn)證與完善。