Software & Systems

Исследование состояния погоды и климата является одной из основных задач метеорологии. В последние годы интенсивно и широкомасштабно изменяется состав атмосферы под воздействием антропогенных факторов, а также в результате естественных процессов. Поэтому изучение атмосферных явлений, которыми определяются погода и климат, – чрезвычайно актуальная и сложная задача. Их исследование условно можно разделить на два этапа:

-    сбор, предварительная обработка и передача метеоинформации в центры коммутации сообщений;

-    обработка полученной информации и построение прогностических моделей динамики погодных явлений и климата в целом, а также предоставление данной информации в картографической форме.

Для сбора и обработки метеорологической информации метеорологи всего мира используют различные программно-аппаратные комплексы (ПАК) [1], которые можно разделить на три группы: по сбору метеоинформации, по ее обработке, для приема и передачи метеосообщений.

Как правило, на современных метеостанциях используют сразу три типа ПАК.

Комплексы первой группы применяются для сбора метеоданных на метеостанциях техниками-метеорологами и/или наблюдателями. Сбор данных осуществляется как в ручном режиме, так и автоматически, например, с помощью погодных датчиков видимости, влажности, температуры, направления и скорости ветра и пр. К таким комплексам можно отнести КРАМС и АМИС-РФ.

Вторая группа ПАК применяется для построения и анализа различных метеорологических и гидрологических карт. Данные для обработки обычно поступают из центра коммутации сообщений (ЦКС). К данной группе относится ПАК ГисМетео.

Комплексы третьей группы служат для дальнейшей обработки и передачи данных. Данные, полученные из систем первого типа, регистрируются в системе (сохраняются в журнале наблюдений для составления прогноза погоды) и передаются в метеорологические центры для последуюшей обработки и хранения.

Такие комплексы или ЦКС позволяют принимать данные не только от измерительных систем, но и из метеорологических БД различных метеоцентров. Так, например, из метеоцентров поступают погодные сообщения и прогнозы, факс-карты и кодированные данные GRID и GRIB. К ЦСК относятся такие системы, как Митра-Муль­тилинк, Unimas и др.

АМИС-РФ – это аэродромная метеорологическая информационно-измерительная система, предназначенная для автоматических измерений основных метеорологических величин, обработки результатов автоматических измерений и ручного ввода метеовеличин, автоматического формирования сообщений (сводок погоды) и дальнейшей передачи данных в ЦКС и/или на средства отображения (дисплеи персональных компьютеров, метео- и информационные табло, блоки индикации), а также для регистрации измеренной и переданной метеоинформации.

Вся поступающая в АМИС-РФ информация (с периодичностью 15 секунд) хранится в файловой БД, которая может использоваться для решения статистических задач.

Следует отметить и некоторые недостатки данной системы. В настоящее время в АМИС-РФ очень слабо развита система подготовки текущих отчетов, имеется возможность лишь сохранять некоторые сводные таблицы в формате *.txt или распечатать их на LPT-принтере. Срок составления таких отчетов ограничен месяцем.

Поэтому в настоящее время авторами статьи ведется активная разработка комплекса программ AMIS.Utils, состоящего из приложений AMIS.SQL и AMIS.Viewer, который позволит не только использовать данные комплекса АМИС-РФ для создания метеорологических отчетов и краткосрочных прогнозов погодных явлений и метеорологических величин, но и даст возможность вести учет их изменения.

Приложение AMIS.SQL осуществляет перевод метеорологических данных формата АМИС-РФ, в частности АРМ «Климат», в формат БД Oracle 10g XE. Приложение AMIS.SQL (схема работы показана на рис. 1) внедрено в работу ПАК АМИС-РФ и функционирует совместно с АРМ «Климат». Для обеспечения работы приложения используется клиентское ПО для доступа к серверу БД (в данном случае таковым является Oracle Client 10g Express Edition [2]). Для передачи данных серверу используется технология ADO [3].

Приложение AMIS.Viewer (см. структуру главного меню на рис. 2) позволяет создавать метеорологические и прогностические отчеты и состоит из нескольких модулей: Forecaster, Reporter, Graph painter.

Модуль Forecaster дает возможность создавать прогностические отчеты на основе разработанной статистической модели. Все выполненные с его помощью прогнозы регистрируются в програм- мном журнале, что может быть полезным в случае появления неоправдавшегося прогноза.

Модуль Reporter позволяет создавать метеорологические отчеты на основе собранных утилитой AMIS.SQL метеоданных. Модуль формирует отчеты посредством импорта данных/команд в COM-сервер MS Word версий 9–12. Результатом работы данного модуля являются различные метеорологические отчеты, представленные в формате *.doc/docx (в зависимости от версии MS Word). Отчет представляет собой набор значений метеорологических характеристик, таких как минимальная и максимальная температура за определенный срок наблюдений, направление и средняя скорость ветра и др.

С помощью модуля Graph painter можно создавать графики и диаграммы повторяемости различных явлений и метеорологических характеристик. Graph painter, используя OLE-сервер MS Excel версий 9–12, формирует отчет-график из метеоданных, хранящихся в Oracle. Результатом работы модуля являются различные графики-отчеты, представленные в формате *.xls/xlsx (в зависимости от версии MS Excel). Пример графика-отчета повторяемости ветра по направлениям за год, сформированного с помощью AMIS.Viewer, представлен на рисунке 3.

При формировании графиков-отчетов такого типа строятся не только общие диаграммы (годовые), но и частные (за теплый и холодный периоды, по месяцам).

Так, меню «Связь» предлагает пользователю пункт «Подключение» для установки соединения с сервером БД. Меню «Отчеты» позволяет выбрать необходимый для построения метеорологический отчет за месяц, год или многолетний период. Меню «Графики» дает возможность создавать такие графики-отчеты, как «Роза ветров», «Ветер по направлениям», а также диаграммы повторяемости различных метеохарактеристик и явлений погоды. Меню «Прогнозы» предназначено для построения прогнозов погодных явлений различными синоптическими методами, а также для построения прогностических отчетов, позволяющих отследить изменения отдельных метеорологических характеристик в районе аэродрома.

Для составления прогнозов погодных явлений и метеовеличин используются различные методы прогнозирования. Например, для расчета грозы используются методы Н.В. Лебедевой, Г.Д. Решетова, И.А. Славина, Б.Е. Пескова [4].

Кроме того, в программном комплексе предусмотрено составление отчетов-прогнозов, описывающих изменение климата по некоторым параметрам (температура, давление, влажность и т.д.). Математическая модель, применяемая при расчете и формировании таких отчетов, основана на корреляционно-регрессионном анализе временных рядов [5].

Программный комплекс AMIS.Utils, используемый совместно с ПАК АМИС-РФ, применяется для создания отчетов при подготовке климатической характеристики аэродрома, а отдельные функции модуля Forecaster могут использоваться независимо от наличия измерительной системы.

Разработанный комплекс AMIS.Utils внедрен в эксплуатацию в Северном метеоагентстве г. Магнитогорска, что позволило значительно сократить используемые трудовые и временные ресурсы для получения достоверной и своевременной информации о природно-климатических характеристиках.

Литература

1.   Капустин А.В., Сторожук Н.Л. Технические средства гидрометеорологической службы. СПб: Издат. агентство «Энергомашиностроение», 2005. 283 с.

2.   URL: http://www.oracle.com/technology/products/databa­se/xe/index.html (дата обращения: 17.03.2010).

3.   URL: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/8xa525wy. aspx (дата обращения: 17.03.2010).

4.   Богаткин О.Г. Авиационная метеорология для летчиков. СПб: Изд-во РГГМУ, 2008.

5.   Аргучинцева А.В. Методы статистической обработки и анализа гидрометеорологических наблюдений: учеб. пособие. Иркутск: ИГУ, 2007. 105 с.