胡皓 王建鵬 薛春芳 高嵩 賀雅楠 潘留杰 戴昌明

（1 陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；2 陜西省氣象局，西安 710014；3 國(guó)家氣象中心，北京 100081）

0 引言

為了提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)產(chǎn)品快速制作與推送，氣象工作者開(kāi)展了大量的預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)工作[1-4]。中國(guó)氣象局自主開(kāi)發(fā)的業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)——?dú)庀笮畔⒕C合分析處理系統(tǒng) （MICAPS）是我國(guó)氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)軟件，其強(qiáng)大的人機(jī)交互氣象信息處理和天氣預(yù)報(bào)制作功能，已成為全國(guó)氣象預(yù)報(bào)制作的業(yè)務(wù)平臺(tái)，在天氣預(yù)報(bào)及氣象服務(wù)中發(fā)揮了重要作用[5]。從1994年中國(guó)氣象局組織研發(fā)的MICAPS第一版到2007年第三版，為用戶(hù)提供了靈活的接口和二次開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。如國(guó)家氣象中心開(kāi)發(fā)的基于MICAPS3.2平臺(tái)的格點(diǎn)編輯平臺(tái)[6]、河北省災(zāi)害天氣個(gè)例庫(kù)與預(yù)報(bào)訓(xùn)練系統(tǒng)[7]、安徽省人影業(yè)務(wù)平臺(tái)[8]、中國(guó)氣象局武漢暴雨研究所開(kāi)發(fā)的中小流域降水與水文精細(xì)化預(yù)報(bào)平臺(tái)和暴雨洪澇預(yù)報(bào)預(yù)警模塊[9-10]等。

近年來(lái)，數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的進(jìn)步，探測(cè)手段的日臻完善和豐富，以及高性能計(jì)算機(jī)快速發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步[11]。預(yù)報(bào)方式從站點(diǎn)預(yù)報(bào)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦顸c(diǎn)預(yù)報(bào)，時(shí)間分辨率精確到逐3 h或1 h，陜西省現(xiàn)有天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)制作發(fā)布需求，在此基礎(chǔ)上發(fā)展建設(shè)智能化、集約化、精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)迫在眉睫。一些省市氣象部門(mén)開(kāi)發(fā)了基于WebGIS技術(shù)的精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)平臺(tái)[12-15]。2016年中國(guó)氣象局推出了第四版MICAPS業(yè)務(wù)平臺(tái)，該系統(tǒng)滿(mǎn)足了海量氣象數(shù)據(jù)的快速應(yīng)用需求，提供了數(shù)據(jù)快速解析與數(shù)據(jù)高速訪(fǎng)問(wèn)支持；滿(mǎn)足多樣數(shù)據(jù)的編輯繪制需求，提供了強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。同時(shí)，為適應(yīng)各專(zhuān)業(yè)方向?qū)?shù)據(jù)的快速應(yīng)用，研發(fā)了靈活的客戶(hù)端配置方式并搭建了開(kāi)放的二次開(kāi)發(fā)框架[16]。陜西省氣象臺(tái)在此基礎(chǔ)上針對(duì)格點(diǎn)預(yù)報(bào)的編輯制作開(kāi)發(fā)了智能編輯系統(tǒng)，集成了MICAPS4的GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)處理及顯示、點(diǎn)線(xiàn)面繪制等功能，通過(guò)系統(tǒng)省市兩級(jí)氣象臺(tái)能快速制作發(fā)布陜西范圍空間分辨率3 km、時(shí)間分辨率0～72 h內(nèi)逐小時(shí)的精細(xì)化氣象要素預(yù)報(bào)，達(dá)到省市共織“一張網(wǎng)”目的，為陜西格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供有力的平臺(tái)支撐，在現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

1 MICAPS4平臺(tái)框架簡(jiǎn)介

MICAPS4平臺(tái)采用Microsoft Visual C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)工具：Visual Studio 2015，運(yùn)行時(shí)庫(kù)：.Net Framework4.0。平臺(tái)框架分為兩大部分：1）數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示（圖1）。MICAPS4系統(tǒng)定義了標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存數(shù)據(jù)模型，分為矢量數(shù)據(jù)、格點(diǎn)數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)，所有輸入數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)換為這三類(lèi)數(shù)據(jù)模型，這部分包括數(shù)據(jù)模型的定義、數(shù)據(jù)分析算法、數(shù)據(jù)顯示。2）模塊化應(yīng)用程序框架。MICAPS4系統(tǒng)提供了可擴(kuò)展的插件式應(yīng)用程序框架（MEF），能方便地掛接新增各種應(yīng)用程序。插件在系統(tǒng)中稱(chēng)之為模塊，這部分包括了模塊管理和加載、系統(tǒng)接口和服務(wù)、界面交互。

圖1 數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示框架Fig. 1 Data model, processing and display frame

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程分析

格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)改變了傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)制作方式，由之前98個(gè)縣站和1298個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站的站點(diǎn)預(yù)報(bào)、模糊預(yù)報(bào)向數(shù)字化、精細(xì)化、智能化格點(diǎn)預(yù)報(bào)逐步轉(zhuǎn)變。同時(shí)，還將原來(lái)的間隔12 h預(yù)報(bào)優(yōu)化為48 h內(nèi)逐小時(shí)預(yù)報(bào)、48～240 h逐3 h。這使業(yè)務(wù)流程更加扁平高效，業(yè)務(wù)布局更加集約合理，業(yè)務(wù)技能更加客觀智能，實(shí)現(xiàn)省市兩級(jí)不同崗位、不同產(chǎn)品間的預(yù)報(bào)協(xié)同實(shí)時(shí)制作。圖2為陜西格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程，系統(tǒng)導(dǎo)入本地的客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員利用系統(tǒng)提供的智能編輯工具，對(duì)客觀產(chǎn)品進(jìn)行主觀編輯訂正。然后產(chǎn)品分發(fā)到中國(guó)氣象局“網(wǎng)格預(yù)報(bào)云”和本地的格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中，服務(wù)部門(mén)通過(guò)格點(diǎn)預(yù)報(bào)自動(dòng)分析生成器發(fā)布各類(lèi)氣象服務(wù)產(chǎn)品。

圖2 陜西格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程Fig. 2 Gridded-forecast operational flowchart in Shaanxi Province

2.2 格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)旨在營(yíng)造一套具有存取高效、管理便捷、交互性強(qiáng)、可快速擴(kuò)展特點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份、傳輸、分發(fā)、檢索和查詢(xún)環(huán)境。根據(jù)現(xiàn)有各種資料自身特點(diǎn)，在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和穩(wěn)定性的前提下，準(zhǔn)確判斷，合理分類(lèi)，通過(guò)結(jié)構(gòu)化的管理方式，不斷優(yōu)化和提升數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)效率和可操作性。

從數(shù)據(jù)源采集而來(lái)的各種原始數(shù)據(jù)（包括模式產(chǎn)品數(shù)據(jù)、觀測(cè)資料數(shù)據(jù)以及其他資料數(shù)據(jù)）通過(guò)入庫(kù)操作進(jìn)入原始數(shù)據(jù)庫(kù)歸檔存儲(chǔ)，后經(jīng)降尺度插值方法處理生成降尺度格點(diǎn)基數(shù)據(jù)入庫(kù)，再由客觀訂正和標(biāo)準(zhǔn)化處理進(jìn)入基礎(chǔ)格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)。支撐精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)I/O的格點(diǎn)預(yù)報(bào)編輯庫(kù)，經(jīng)過(guò)省市兩級(jí)預(yù)報(bào)員訂正最終形成省市格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品庫(kù)。需求驅(qū)動(dòng)的格點(diǎn)預(yù)報(bào)生成器后生成格點(diǎn)預(yù)報(bào)解析產(chǎn)品庫(kù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)對(duì)外發(fā)布（圖3）。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)采用C/S 結(jié)構(gòu)，基于MICAPS4平臺(tái)框架開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接口、天氣分析模塊、格點(diǎn)要素預(yù)報(bào)制作模塊、災(zāi)害及影響天氣預(yù)報(bào)制作模塊、綜合預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作發(fā)布模塊、監(jiān)控模塊等六個(gè)模塊組成。同時(shí)系統(tǒng)嵌入智能訂正技術(shù)規(guī)則，包括等值線(xiàn)反演技術(shù)、格點(diǎn)場(chǎng)變分技術(shù)、主客觀融合技術(shù)、要素一致性規(guī)則、格點(diǎn)/站點(diǎn)一致性規(guī)則、本地預(yù)報(bào)指標(biāo)訂正等。實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)源開(kāi)放和匯集眾智的智能化精細(xì)化氣象格點(diǎn)預(yù)報(bào)眾創(chuàng)型業(yè)務(wù)系統(tǒng)（圖4）。

使用權(quán)限驗(yàn)證的用戶(hù)登錄系統(tǒng)客戶(hù)端，通過(guò)信息傳送與后端數(shù)據(jù)庫(kù)將格點(diǎn)預(yù)報(bào)以數(shù)據(jù)交換的方式提交給系統(tǒng)前端，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)證后格點(diǎn)預(yù)報(bào)被傳遞給省市格點(diǎn)/站點(diǎn)要素預(yù)報(bào)制作模塊、省市災(zāi)害及影響天氣制作模塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工并設(shè)置一定的發(fā)送策略，最后進(jìn)行格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)送，同時(shí)數(shù)據(jù)傳送給綜合產(chǎn)品預(yù)報(bào)制作模塊，人工進(jìn)行加工后進(jìn)行產(chǎn)品發(fā)送；數(shù)據(jù)傳遞的每一個(gè)環(huán)節(jié)都通過(guò)監(jiān)控模塊記錄并展現(xiàn)在相應(yīng)的界面，系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)和日志由數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一管理和調(diào)度，系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行檢索和統(tǒng)計(jì)并通過(guò)界面展現(xiàn)。

圖3 陜西格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)Fig. 3 Gridded-forecast database frame of Shaanxi Province

圖4 陜西格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)理念設(shè)計(jì)Fig. 4 Design blueprint of Shaanxi smart gridded-forecast editing system

2.4 系統(tǒng)智能處理技術(shù)規(guī)則實(shí)現(xiàn)

2.4.1 等值線(xiàn)反演技術(shù)

通過(guò)計(jì)算等值線(xiàn)（落區(qū)線(xiàn)）的拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建等值線(xiàn)閉合區(qū)域歸屬關(guān)系樹(shù)。計(jì)算每個(gè)格點(diǎn)所在等值線(xiàn)閉合區(qū)域A。在等值線(xiàn)閉合區(qū)域歸屬關(guān)系樹(shù)中，查找等值線(xiàn)閉合區(qū)域A的所有內(nèi)部第一層等值線(xiàn)閉合區(qū)域。計(jì)算格點(diǎn)到等值線(xiàn)閉合區(qū)域A，以及A所有內(nèi)部第一層等值線(xiàn)閉合區(qū)域的距離。將等值線(xiàn)閉合區(qū)域的值，與格點(diǎn)到等值線(xiàn)閉合區(qū)域的距離利用反距離加權(quán)算法計(jì)算出格點(diǎn)值。

2.4.2 格點(diǎn)場(chǎng)變分技術(shù)

開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)帶約束條件的變分方法。降水量逐小時(shí)、3 h、6 h、12 h降水值滿(mǎn)足累積降水等于24 h降水；溫度采用連續(xù)變量變分法。例如：如果R24=0，所有的R06=0；如果R24≠0、而 R06=0，根據(jù)距離分配原則，將R24分配給雨區(qū)距離最近的幾個(gè)時(shí)次；如果R24≠0 、而R06不全等于0，在24 h時(shí)效內(nèi)，采用變分法求解滿(mǎn)足約束條件的最優(yōu)解，約束條件為：1）4個(gè)時(shí)次的R06累加等于R24；2）每個(gè)時(shí)次的R06盡量和預(yù)報(bào)員考慮的降水等級(jí)一致；3）每個(gè)時(shí)次相對(duì)調(diào)整幅度盡量小。

2.4.3 主客觀融合技術(shù)

開(kāi)發(fā)適用于陜西的主客觀預(yù)報(bào)融合技術(shù)。根據(jù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果，制定本省主客觀預(yù)報(bào)融合規(guī)則，形成對(duì)下格點(diǎn)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品。用主客觀預(yù)報(bào)融合的技術(shù)取代單純的數(shù)學(xué)插值方案，既彌補(bǔ)客觀產(chǎn)品在大量級(jí)降水上的不足，又發(fā)揮了客觀產(chǎn)品在小量級(jí)降水上的優(yōu)勢(shì)（圖5）。

2.4.4 格點(diǎn)/站點(diǎn)一致性規(guī)則

開(kāi)發(fā)適用于陜西的格點(diǎn)/站點(diǎn)一致性技術(shù)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)“站點(diǎn)訂正優(yōu)先、格點(diǎn)插值”以及“格點(diǎn)訂正，站點(diǎn)鄰近距離最短優(yōu)先”等功能切換，既能完成站點(diǎn)到格點(diǎn)的反饋也能實(shí)現(xiàn)格點(diǎn)到站點(diǎn)的反饋。

2.4.5 格點(diǎn)要素時(shí)空一致性規(guī)則

開(kāi)展多要素關(guān)聯(lián)約束機(jī)制研究，開(kāi)發(fā)要素時(shí)空一致性處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)訂正一種要素后的多要素協(xié)同修正。開(kāi)發(fā)融合精細(xì)化模式輸出產(chǎn)品時(shí)空演變特征分析的時(shí)空約束處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程總量、單一時(shí)效預(yù)報(bào)、落區(qū)中心強(qiáng)度和關(guān)鍵點(diǎn)訂正后，基于預(yù)報(bào)輸出產(chǎn)品的時(shí)空分布關(guān)系，將訂正值合理進(jìn)行時(shí)間和空間插值。

2.4.6 多要素融合分析技術(shù)規(guī)則

研究基于多種基本要素的天氣現(xiàn)象轉(zhuǎn)換技術(shù)，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)降水相態(tài)、霧和霾、沙塵等天氣現(xiàn)象預(yù)報(bào)的自動(dòng)生成轉(zhuǎn)換。

2.4.7 本地預(yù)報(bào)指標(biāo)客觀訂正技術(shù)規(guī)則

分析提取有共識(shí)的各地預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)或指標(biāo)，凝練形成客觀定量化訂正規(guī)則，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵區(qū)域、關(guān)鍵天氣格點(diǎn)預(yù)報(bào)要素的客觀訂正。

圖5 2016年9月19日08時(shí)24h降水量與主客觀融合預(yù)報(bào)對(duì)比（單位：mm）Fig. 5 Comparison between real precipitation and subjective and objective fusion forecasting from 08: 00 BT 24 to 08: 00 BT 19 September 2016 (unit: mm)

3 系統(tǒng)界面與功能

3.1 系統(tǒng)界面

格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)客戶(hù)端界面分為菜單欄、格點(diǎn)要素欄、時(shí)間軸、顯示區(qū)、工具欄、智能編輯工具箱、圖層管理、地圖管理、狀態(tài)欄?？蛻?hù)端的整體界面如圖6所示。

圖6 格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)界面Fig. 6 Interface of gridded-forecast intelligent editing system

菜單欄主要是功能模塊之間的切換，分為天氣分析模塊、格點(diǎn)要素預(yù)報(bào)制作模塊、災(zāi)害及影響天氣預(yù)報(bào)制作模塊、綜合預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作發(fā)布模塊和監(jiān)控模塊。其中菜單欄的格點(diǎn)要素、短時(shí)臨近屬于格點(diǎn)預(yù)報(bào)制作模塊；影響預(yù)報(bào)、環(huán)境氣象、預(yù)警信號(hào)制作屬于災(zāi)害及影響天氣模塊。用戶(hù)通過(guò)驗(yàn)證的賬戶(hù)登錄系統(tǒng)，根據(jù)崗位權(quán)限選擇功能模塊制作發(fā)布產(chǎn)品。

格點(diǎn)要素欄和時(shí)間軸提供背景數(shù)據(jù)加載、要素選擇、起報(bào)時(shí)間和時(shí)間間隔的選擇。用戶(hù)選擇不同的格點(diǎn)要素，數(shù)據(jù)在顯示區(qū)中進(jìn)行顯示，顯示的方式包括格點(diǎn)值、站點(diǎn)值、等值線(xiàn)、位圖、欄柵點(diǎn)、網(wǎng)格填充等。同時(shí)地圖管理還提供了地理信息、站點(diǎn)信息和區(qū)域鎖定等選項(xiàng)。

智能編輯工具箱是系統(tǒng)的核心部分，分為通用工具和智能訂正輔助工具。用戶(hù)可選擇不同的編輯工具對(duì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)、面等編輯修改，格點(diǎn)/站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互滿(mǎn)足“站點(diǎn)訂正優(yōu)先、格點(diǎn)插值”以及“格點(diǎn)訂正，站點(diǎn)鄰近距離最短優(yōu)先”條件，這樣可以保證格點(diǎn)/站點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性。工具欄提供了數(shù)據(jù)保存、發(fā)送、出圖等按鈕工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一鍵式的發(fā)布功能。

狀態(tài)欄對(duì)系統(tǒng)的屬性及狀態(tài)信息進(jìn)行顯示，包括系統(tǒng)版本號(hào)、經(jīng)緯度信息、站點(diǎn)信息、數(shù)據(jù)下載情況、要素協(xié)同進(jìn)度、數(shù)據(jù)上傳下載速度等。

3.2 系統(tǒng)主要功能

3.2.1 數(shù)據(jù)調(diào)閱

系統(tǒng)采用MICAPS4平臺(tái)數(shù)據(jù)檢索接口程序，在使用過(guò)程中用戶(hù)首先選擇背景數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加載。目前后端數(shù)據(jù)庫(kù)提供了兩套背景數(shù)據(jù)產(chǎn)品，分別為中央臺(tái)格點(diǎn)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品和本地格點(diǎn)預(yù)報(bào)客觀產(chǎn)品（DCOEF），數(shù)據(jù)格式均為MICAPS第四類(lèi)格點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)在圖層管理中，還提供了各類(lèi)數(shù)值模式的結(jié)果查詢(xún)顯示，用戶(hù)可根據(jù)數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行調(diào)閱參考。

3.2.2 格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)編輯修改功能

對(duì)點(diǎn)的編輯修改：可對(duì)畫(huà)刷實(shí)施一定的寬度、數(shù)值或加減值，對(duì)掃過(guò)路徑點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行改變等操作。對(duì)線(xiàn)的編輯修改：進(jìn)行區(qū)域等值線(xiàn)編輯，可對(duì)等值線(xiàn)進(jìn)行刪除、增加、拉伸等操作。對(duì)面的編輯修改：建立區(qū)域的概念，對(duì)區(qū)域內(nèi)或者外的值進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的復(fù)制移動(dòng)，對(duì)區(qū)域進(jìn)行固定值的修改，對(duì)區(qū)域的數(shù)值進(jìn)行加減，也可對(duì)區(qū)域數(shù)值進(jìn)行線(xiàn)性漸變或者非線(xiàn)性漸變修改等操作。

格點(diǎn)趨勢(shì)修改：在圖形編輯區(qū)繪制修改的區(qū)域，彈出“選擇曲線(xiàn)類(lèi)型”選擇框，其中格點(diǎn)最大值是所畫(huà)修改區(qū)域中格點(diǎn)值最大的點(diǎn)的變化趨勢(shì)為代表，格點(diǎn)平均是取所有格點(diǎn)的平均變化趨勢(shì)，自定義是針對(duì)單點(diǎn)（需另外單擊要修改的點(diǎn)）變化趨勢(shì)，“改量”是改變具體的降水量值。在格點(diǎn)曲線(xiàn)調(diào)整窗口中可修改單時(shí)次，也可按下鼠標(biāo)左鍵，拉過(guò)要修改的時(shí)次進(jìn)行多個(gè)時(shí)次的整體調(diào)整，如果點(diǎn)擊“賦值按鈕”，在調(diào)整選擇點(diǎn)值窗口中進(jìn)行定值或增減的選擇，將對(duì)選擇的時(shí)次進(jìn)行調(diào)整（圖7）。

3.2.3 站點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)編輯制作功能

基于GIS地圖的站點(diǎn)預(yù)報(bào)編輯修改：對(duì)單站要素進(jìn)行數(shù)值修改，可以進(jìn)行加減值修改等操作；對(duì)多站的編輯修改：選定區(qū)域，可對(duì)區(qū)域內(nèi)多站要素的值進(jìn)行賦值修改以及數(shù)值加減修改，也可對(duì)區(qū)域內(nèi)多站的數(shù)值進(jìn)行線(xiàn)性漸變或者非線(xiàn)性漸變修改。

基于表格的站點(diǎn)預(yù)報(bào)編輯修改：通過(guò)表格方式顯示各個(gè)站點(diǎn)的多時(shí)次，多要素預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)?？梢砸噪姶a或文字快速改變降水量、溫度、風(fēng)向風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等，也可以通過(guò)鼠標(biāo)滾輪來(lái)快速改變溫度、雨量等數(shù)值類(lèi)型的值?？紤]到同時(shí)次預(yù)報(bào)值得相似性，通過(guò)站點(diǎn)關(guān)聯(lián)鎖定可以批量各個(gè)站點(diǎn)的預(yù)報(bào)值?？紤]到站點(diǎn)預(yù)報(bào)值得連續(xù)多時(shí)的相似性，通過(guò)時(shí)間關(guān)聯(lián)鎖定可以批量某個(gè)站點(diǎn)多時(shí)次的預(yù)報(bào)值。

圖7 格點(diǎn)預(yù)報(bào)趨勢(shì)修改界面Fig. 7 Modification interface of gridded-forecast trend

3.2.4 格點(diǎn)預(yù)報(bào)要素協(xié)同功能

格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品在時(shí)間和空間上的矛盾，容易引起如降水產(chǎn)品中預(yù)報(bào)有明顯降水量，而云量產(chǎn)品為晴天等現(xiàn)象出現(xiàn)。系統(tǒng)接入了基于要素關(guān)聯(lián)及時(shí)空約束的預(yù)報(bào)訂正融合協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了要素協(xié)同處理功能。如對(duì)于降水采用總量控制，保證1、3、6、12和24 h雨量預(yù)報(bào)間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)同步訂正。同時(shí)站點(diǎn)12 h雨量根據(jù)鄰近距離最短優(yōu)先原則進(jìn)行訂正，以及協(xié)同訂正相應(yīng)云量、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象等（圖8）。

圖8 格點(diǎn)預(yù)報(bào)要素協(xié)同訂正流程圖Fig. 8 Correction flowchart of synergy factor of griddedforecast system

3.2.5 省市預(yù)報(bào)協(xié)同制作功能

系統(tǒng)提供了良好的省市協(xié)同訂正格點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品功能，可部署在省市兩級(jí)氣象臺(tái)站，實(shí)現(xiàn)同時(shí)顯示即時(shí)更新的省市預(yù)報(bào)的效果，以達(dá)到共織“一張網(wǎng)”的目的。采用的技術(shù)方案是在服務(wù)端搭建消息服務(wù)總線(xiàn)，負(fù)責(zé)與各個(gè)客戶(hù)端系統(tǒng)進(jìn)行即時(shí)通信，轉(zhuǎn)發(fā)各個(gè)客戶(hù)端的訂正結(jié)果；在各個(gè)客戶(hù)端上通過(guò)多窗口形式顯示不同地區(qū)的同一時(shí)段、同一要素的格點(diǎn)預(yù)報(bào)。

4 業(yè)務(wù)應(yīng)用

陜西作為2017年全國(guó)首批格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)試點(diǎn)省份之一，7月開(kāi)始實(shí)施格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)單軌化運(yùn)行，格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)在省級(jí)及11個(gè)地市氣象臺(tái)站全面推廣并正式投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，常態(tài)化制作發(fā)布格點(diǎn)、站點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，整體運(yùn)行正常穩(wěn)定，對(duì)陜西的格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)起到技術(shù)平臺(tái)支撐作用。

系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中體現(xiàn)了三個(gè)主要特點(diǎn)：一是適用性和操作性強(qiáng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密?chē)@格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，集成了MICAPS4平臺(tái)強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，非常適合預(yù)報(bào)員的使用習(xí)慣。同時(shí)，系統(tǒng)針對(duì)多要素多時(shí)次高精度的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行時(shí)空關(guān)聯(lián)協(xié)同處理，使預(yù)報(bào)員從大量重復(fù)編輯訂正工作中解放出來(lái)，專(zhuān)注于關(guān)鍵性、轉(zhuǎn)折性、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的編輯制作。二是開(kāi)放性強(qiáng)。系統(tǒng)接入的智能訂正技術(shù)規(guī)則和背景數(shù)據(jù)可進(jìn)行配置化修改，如預(yù)報(bào)員根據(jù)本地地形、氣候特點(diǎn)研發(fā)的本地客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品，可利用MICAPS4的數(shù)據(jù)接口修改數(shù)據(jù)路徑配置后，接入到背景數(shù)據(jù)中。三是擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)基于中國(guó)氣象局自主研發(fā)的MICAPS4平臺(tái)框架開(kāi)發(fā)，有專(zhuān)門(mén)的團(tuán)隊(duì)在不斷升級(jí)MICAPS4框架，以滿(mǎn)足氣象業(yè)務(wù)發(fā)展中的各種新需求。MICAPS4提供的可擴(kuò)展的插件式應(yīng)用程序框架，能方便地掛接新增應(yīng)用程序，為格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)提供技術(shù)支持。

5 結(jié)論與討論

格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)基于MICAPS4框架開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)整體符合預(yù)報(bào)員使用習(xí)慣，具有操作性強(qiáng)、開(kāi)放性強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)中嵌入的智能處理技術(shù)規(guī)則，能很快捷地編輯制作預(yù)報(bào)產(chǎn)品，減少重復(fù)勞動(dòng)。圍繞省市共織“一張網(wǎng)”目的，系統(tǒng)的投入運(yùn)行推動(dòng)了陜西預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)集約化流程再造。

目前國(guó)際上氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)研發(fā)重點(diǎn)方向集中在應(yīng)用智能化、數(shù)據(jù)可視化和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面[17]，氣象大數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)可視化和應(yīng)用方面向業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提出了更高的挑戰(zhàn)，在可視化方面，由于機(jī)器識(shí)別目前仍難以與人腦相比，因此，快速準(zhǔn)確地提供完整數(shù)據(jù)的可視化及分析制作預(yù)報(bào)支持仍是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)最重要的功能之一，氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展速度，如何更好、更快地提供數(shù)據(jù)顯示，是系統(tǒng)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。

未來(lái)提升格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)在預(yù)報(bào)分析制作上的智能化，依托MICAPS4平臺(tái)框架，結(jié)合豐富的氣象分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高時(shí)空分辨率的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速讀取與訂正，同時(shí)，對(duì)預(yù)報(bào)員的操作流程進(jìn)行深入分析，協(xié)助預(yù)報(bào)員在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)海量氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析、準(zhǔn)確決策，提升預(yù)報(bào)制作效率。完善氣象要素一致性等智能規(guī)則的開(kāi)發(fā)，為大量氣象數(shù)據(jù)能夠在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中快速應(yīng)用提供技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索的智能提示、高度關(guān)聯(lián)的屬性設(shè)置、翻頁(yè)與動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的便捷性設(shè)計(jì)，更新交互操作的智能關(guān)聯(lián)方式，提升預(yù)報(bào)員的用戶(hù)體驗(yàn)等。格點(diǎn)預(yù)報(bào)智能編輯系統(tǒng)的改進(jìn)與完善，將為陜西省的精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)發(fā)展提供一個(gè)較好的業(yè)務(wù)平臺(tái)。

致謝：軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到了國(guó)家氣象中心預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的大力支持，在此表示感謝。