张伟强，招伟文，伍淑瑜

(1.广东省佛山市顺德区气象局，广东 佛山 528300；2.广东省佛山市顺德区突发事件预警信息发布中心，广东 佛山 528300)

1 引言

佛山市地处亚热带，下辖5个区，高温、暴雨、强对流天气、灰霾等是影响佛山的主要灾害性天气[1]。为了提供气象防灾的精细化水平，2015年起佛山气象系统实行分镇街发布气象预警，即预警信号由原来以区为单位发布，细化至以镇(街道)为单位发布。对于天气预报员来说，由5个区扩展为32个镇(街道) ，预警发布的难度大大提高。为便于预报员能及时、迅速地评估气象要素分布，尽快判断是否需要发布气象预警信号，迫切需要将佛山市境内190多个自动气象站资料加工成可视的、直观的、美化的图形信息。

Surfer是一款非常流行的二、三维数据处理和显示软件，具有使用方便、绘图美观的特点，近年来被广泛应用于气象业务[2-6]，其提供的.net编程接口，可以运用C#、VB等多种编程语言实现自动等值线绘图。由于Surfer绘图步骤繁琐，出图效率较低，邓霞君等人认为其难以满足批量绘图需求[2]。佛山市气象要素等值线动态显示系统通过优化架构，减少批量处理过程中的重复运算，提高自动化批量绘制等值线的效率，实现动态显示气象要素的实时分布。

2 系统实现功能

系统基于计算机网络和Surfer软件功能，使用C#编程语言、Html + JavaScript技术，结合预报预警服务工作情况，主要实现以下功能：

①固定绘图区域。等值线图一般以行政区域为绘图范围，摒弃周边的信息，即Surfer绘图中的白化过程。为了满足市、区两级气象局的需要，系统可实现同时绘制佛山市和五区的气象要素等值线图。

②绘图要素具体。每个行政区需要绘制实时的气温等值线图，以及不同时次的雨量等值线图，方便预报员了解各时次雨量、雨强及雨量分布情况。

③高效率绘图。基于以上两点，系统最少需要批量绘制30张图，当遇到自动站报文延迟的情况，需要重新绘图，则绘图量大，同时，天气预警业务对于出图效率要求高。

3 系统主要流程

系统主要由数据处理、绘图、显示等3个独立运行的子程序组成，经过3个子程序先后进行处理后，最终实现批量快速出图。具体介绍如下：

①数据处理程序。自动读取区域自动站数据，生成Surfer用于格点化的xyz数值文本和用于标注的xyn文本，并在数据库记录关联信息，包括该文本表示的时间、要素类型、区域等。

②绘图程序。定时调用Surfer软件，利用已生成的文本绘制等值线，最终输出到Web服务器。

③显示程序。建立Web服务器，通过Html + JavaScript技术，将等值线图以动态形式进行显示。

4 系统介绍

4.1 自动处理数据

Surfer绘制等值线图所需要文件为xyz文本、xyn文本。其中xyz文本包括自动站的经度、纬度和要素值三列数据，由数据处理程序动态生成；xyn文本为需要在图上标注的站点经纬度和数值(系统选取各区最大雨量在图上标注)，也需要由数据处理程序动态生成；Surfer文件、色标文件和边界文件是必备固定文件。

为了避免数据处理和绘图程序同时读写文本而发生冲突，文本的相关信息保存在数据库中，以提示绘图程序是否触发绘图。

表1 Surfer绘图所需文件Tab.1 Required files for Surfer drawing

4.1.1 通过IDEA读取自动数据并生成文本 由广东省气象探测数据中心提供的历史一体化数据访问平台(Integrated Database for Easy Acess，IDEA)高度整合了海量气象数据，通过3种标准的数据访问接口向省、市、县级气象部门提供气象类数据支撑[7-9]。

数据处理程序通过http的方式定时访问IDEA平台，获取最新的XML格式的自动站数据。程序读取绘图需要的气温、雨量等数据后，自动生成xyz文本，同时读取气温、雨量要素的极值，自动生成xyn文本，作为图上标注数值所需。

4.1.2 对自动站数据延迟的处理 由于通讯或其它各种原因，会出现个别自动站数据延迟的情况。为了兼顾效率和准确性，数据处理程序取到足够自动站数据时即进行绘图，其后若有延迟的自动站数据补充，再重新生成xyz文件，并标示需要重新绘图。

4.1.3 在数据库中记录文本的相关信息 生成xyz文本后，绘图程序还需要xyz文本数据所属的时间、要素类型以选择色标、行政区域，以及包含自动站点个数，对应的xyn文本等信息。这需要建立数据表让数据处理程序和绘图程序实现记录与交换信息，将相关信息存入到数据库中。数据表的结构如表2所示：

为了便于监视数据的生成情况，数据处理程序包含监控界面，如图1所示：

表2 存储绘图信息的数据表Tab.2 Database table for drawing information

图1 数据处理程序监控界面Fig.1 Monitoring interface of Data processing program

4.2 自动绘图

4.2.1 C#调用Surfer绘制等值线图 具备表1中的边界文件、Surfer文件和色标文件后，即可用C#语言调用Surfer软件，利用数据处理程序生成的文本，绘制等值线图。程序处理主要分为4个步骤：

①读取xyz文本并使用GridData函数进行格点化，生成*.grd文件。

②使用GridBlank函数，利用边界文件对*.grd文件进行白化。

③加载surfer文件和已白化的*.grd文件。

④使用Export2函数设置参数和输出图片。

流程如图2所示：

图2 C#调用Surfer绘图的流程Fig.2 Surfer drawing process with C#

4.2.2 优化绘制区级等值线的步骤 在4.2.1的绘制等值线的流程中，将离散点插值生成格点化*.grd文件是耗时较长的步骤。事实上，各区的数值格点已包含在全市的*.grd文件中，因此只要对全市的*.grd文件再次白化即可生成各区的*.grd文件，提高绘图效率。

使用各区的*.bln文件对全市的*.grd文件进行白化时，除了使用GridBlank函数，还需要用SetLimits函数设定*.grd的范围，程序代码如下：

mapFrame.SetLimits(xMin, xMax, yMin, yMax);

上述范围值(xMin, xMax, yMin, yMax)根据各区的*.srf文件获得。

5 业务应用情况

系统界面简洁，能及时、直观地反映气象要素分布特征，同时满足市局和各区局预警发布、灾情评估、过程总结等工作需要。用户体验良好，界面左侧工具栏提供不同时次的要素与行政区域选项；界面下方设置气象要素动态播放速度条，可调整播放速度，亦可定格在各时次，自动刷新最新时次，便于预报员对比监视实况，极大地提高了工作效率，特别在汛期具有良好的使用价值。如图3所示。

图3 佛山市气象要素分布图：(a)佛山市24 h雨量;(b)佛山市5 min雨量Fig.3 User interface:(a)24 h precipitation of Foshan City;(b)5min precipitation of Foshan City

6 结语

系统结合IDEA平台提供的数据，利用C#语言和Surfer软件进行开发，生成最新的气象要素等值线，高效地批量生成等值线图，直观地表示气象要素的地理分布和发展趋势，对于预警信号的发布起到很好的参考作用。采用中央处理器为i7-6700的电脑对目前佛山190多个自动站进行处理，生成每张图耗时不足1 s，足以满足预警业务需求。通过研究Surfer软件的白化规则，简化了绘制各区等值线图的流程，进一步提高效率。系统架构在一定程度上具有扩展性，例如Surfer在风场表述方面有所欠缺[10]，但可以使用C#语言，利用数据处理程序获得的数据完成风羽图的绘制，后续还可以增加变压等各类气象要素的分布图。

参考文献

[1] 罗云，炎利军，朱建军.1981—2010 年佛山地区气温、降水和灾害性天气的特征分析[J].广东气象,2014,36(2):6-12.

[2] 邓霞君，等：C#+Surfer11实现浙江省市县各级区域气象要素绘图[J].气象水文海洋仪器,2014.

[3] 曾志雄，陈慧娴.如何使用Surfer 8. 0画等值线图[J].广东气象,2006,28(3):64-65.

[4] 熊文兵.用Sufer7.0绘制气象等值线图[J].广西气象, 2003,24(3):44-46.

[5] 陈欢欢，李星，丁文秀.Sufer8.0等值线绘制中的十二种插值方法[J].工程地球物理学报，2007,4(1)：52-27.

[6] 王伟，袁锡沛，胡丽华等. 江门市自动站气象要素图形显示系统[J].广东气象，2010,10(5)：42-45.

[7] 广东省气象信息中心课题组.《广东省气象局通用接口平台》使用培训手册[Z].2014.

[8] 广东省气象信息中心课题组.《广东省气象局通用数据访问接口》库表结构[Z].V2.06.

[9] 王刚，孙周军，吴映，等.基于IDEA 数据平台的海珠城市生态气象综合系统建设[J].广东气象，2016，38(2):77 -80.

[10]刘琴，杨海林，薛传东，等.基于Google Earth数据的Surfer三维地形建模[J].河南科学，2013，31(4):489-493.