摘要：为规范实施广东省人工影响天气5段实时业务，设计建设了广东人影综合业务系统。该系统基于B／S架构，省、市、县、标准化作业点4级共用，由桌面端系统和手机端系统共同构成，功能互补，通过账户分配区分各级权限。系统包含数据存储管理子系统、信息综合处理分析与指挥子系统、指导产品子系统、外场作业信息传输与采集子系统。该系统基于广东基本气象业务标准数据接口和国家局下发的云模式和卫星反演云产品数据，开发人影业务需要的基本气象业务产品、作业需求分析产品、人影作业指导产品等，支持作业指挥人员进行多源资料融合分析与作业条件及效果的监测识别，实现作业指导产品和实时作业数据在指挥中心与作业实施现场之间的互连互通。
关键词：应用气象；人工影响天气；综合业务系统；广东
受全球气候变化的影响和经济的迅速发展，气象灾害对广东省经济社会造成的损失越来越大，迫切需要增强人工影响天气业务能力、科技水平和服务效益。人工影响天气是一项多领域合作的系统性工程，为提高人工增雨作业效率，各省先后建立了当地人影业务系统，如广东省基于XML技术建立了广东省人工增雨指挥系统［1］；江西省建立了移动式人工增雨作业技术支撑系统［2］；安徽省建立了人工影响天气信息管理与作业指挥系统［3］；吴林林等［4］基于Micaps3核心设计开发了人影业务平台。2015年，中国气象局人工影响天气中心结合长期的人工影响天气业务实践和科学研究，提出了我国人工影响天气“五段”实时业务［5］，包括：天气过程和作业计划、潜力预报和作业预案、监测预警和方案设计［6］、跟踪指挥和作业实施以及作业后分析和效果检验。为更好支撑人影五段实时业务，利用广东新一轮气象现代化建设的最新成果提高广东省人工影响天气作业效率，拓展服务领域，在原有业务系统基础上设计建设了广东人影综合业务系统。
1系统设计思路
该系统基于B／S架构，由桌面端系统和手机端系统共同构成，省、市、县、标准化作业点4级共用，通过账户分配区分各级权限。桌面端系统定位为作业指挥人员进行多源资料融合分析与作业条件监测识别及效果评估和信息综合管理的平台，手机端系统定位为作业现场人员使用的实现人影作业指导产品和指令接收、装备弹药物联网信息采集、作业信息实时上报等功能的终端。桌面端系统与手机端系统数据互联互通，功能互为补充。该系统利用了javaweb技术搭建后台架构，应用了springMVC、myBatis框架，使用mySQL数据库，利用http、websockt技术传输数据。前端使用了HTML5技术制作的GIS系统，手机端app使用了java开发的安卓平台的应用。该系统包含数据存储管理子系统、信息综合处理分析与指挥子系统、指导产品子系统、外场作业信息传输与采集子系统。
2数据存储管理子系统
数据存储管理子系统是对人影特种数据包括：人影模式数据，作业指导产品，空地信息，作业信息，空基、地基特种观测信息，空域申报信息，弹药装备物联网信息，作业人员信息，业务规范信息等进行存储、监控、检索等管理。常规气象数据则通过调用广东基本气象业务标准数据接口［7］进行滚动更新存储。基于数据存储管理子系统支撑广东人影综合业务系统的作业需求分析及综合业务管理等功能。
2．1人影作业需求分析功能设计
基于广东省气象局与各部门合作建立的基础数据“一张图”［8］，能够获得多种相关行业的数据信息。人工增雨作业需求分析主要参考气象干旱条件、水库水位、河流水位及气候预测结论；人工防雹作业需求分析主要参考烟叶种植分布和其他经济作物及农业分布；人工影响降水落区作业需求分析主要参考山洪风险、水库水位、雨窝点位置；防火降温作业需求分析主要参考森林火险气象等级、中暑指数、人体舒适度、卫星热点分布。改善空气质量作业需求分析主要参考环境监测实况、环境气象预报及空气质量预报。实现以上各项数据在leaflet上展示，桌面设置水库水位、干旱、高温、森林火险气象等级4个数据的监控告警。
2．2综合业务管理功能设计
该系统设计了对人影特种信息的管理功能（图2）。前端数据主要由手机端系统获取，数据入库后，可在桌面端系统监控地面火箭作业的空域申报情况、各市地面作业信息、作业现场实景视频、火箭弹的库存和使用流程、全省作业次数和火箭弹消耗等实况。在弹药仓库安装的温湿度自动采集传输设备，将数据传输至数据存储管理系统，实现在leaflet上监控。
2．3历史个例库功能设计
为便于业务人员对某次作业个例开展深入的研究，该系统设计了“一键入库”功能，通过时间和资料种类选择，可实现数值模式、卫星产品、站点实况、雷达产品等气象资料的入库存储，可以在系统上永久查看，为业务人员后期进行详细的作业过程分析提供技术支撑。
3信息综合处理分析与指挥子系统
信息综合处理分析与指挥子系统实现对多种模式数据的精细处理；雷达、卫星、雨滴谱、地面自动站等云降水监测资料精细处理，从而支撑人影五段实时业务，按照各阶段特点进行针对性设计，同时支持各功能在地理信息系统的叠加分析。作业计划主要任务是天气过程分析与作业计划制定，此菜单栏包括：ECWMF细网格模式产品和华南GRAPES中尺度（9km）模式产品的分析查看功能。模式产品按地面要素、不稳定层结、高空要素、水汽条件、热动力因子分类显示70多种图形产品；范围可选中国、华南、广东和单站。广东省气象台3d内逐小时定量雨量指导预报叠加leaflet显示及省台短期天气形式分析和天气趋势预测。这些产品能支撑人影作业指挥人员分析未来天气过程，并参考广东省气象台雨量预报利用航线设计功能初步制定作业计划，或利用地面火箭作业点的分布制定火箭作业计划。作业潜力主要任务是结合天气背景，利用云模式预报产品和华南区域逐时循环同化预报产品分析未来24h内云系的宏观和微观物理结构，结合本省概念模型，制定作业预案。此菜单栏包括：CPEFS、GRAPESCams云模式［9］产品（云宏观场、云微观场、垂直结构、降水场）的图片查看和叠加leaflet显示，设计了对预报云系垂直结构的任意剖切实时绘图显示功能（图4）。华南区域逐时循环同化预报产品包括3km雷达回波的预报和雨量、温度、地面风及不稳定层结的预报。探空云分析是对全省4个探空站探空资料的分析绘图，绘制温度、露点温度、相对湿度廓线，标注特征层高度，标注云阈值（相对湿度大于90％）。作业预警主要任务是在作业前3h内，利用空基、地基多种实测资料进行作业条件监测预警和作业方案设计。此菜单栏包括：广东3、1km精细化区域数值预报模式产品（温度、降水、10m风、组合反射率），利用逐时同化技术，产品每小时滚动更新，预报时效6h。QPE、QPF短临预报产品、雷达产品综合分析、卫星反演云产品、风云、葵花卫星云图、雨滴谱实时监测等多种实时气象探测资料叠加leaflet的可视化显示，以及飞机航迹设计、作业指标设定等功能。实时指挥主要任务是飞机和地面作业的跟踪指挥，关键技术是指挥中心与飞机和火箭作业现场之间的多源信息通讯。此菜单栏包括：地面作业跟踪指挥（接收地面作业现场通过外场作业信息传输与采集系统进行的作业实景直播），飞机作业跟踪指挥（通过空地通信系统［10］下传航迹与雷达回波的叠加显示、空地信息传输）。效果评估主要任务是作业后对作业效果进行科学合理的评价，设计了区域历史回归统计检验方法和基于雷达立体网格资料对比统计的物理检验方法［11］。此菜单栏包括：历史回归方法，运用机器学习的方法建立全省86个遥测站历史雨量的相关性，业务员手动绘制影响区和对比区，系统会计算生成包含相关系数、增雨量、回归方程、增雨率等要素的效果评估报告，雷达格点统计方法，在作业影响区和对比区，选定高度层，作业影响时段内不同回波强度雷达格点数的对比统计分析。
4指导产品子系统
指导产品子系统功能是将技术人员制作的或系统自动生成的人影作业指导产品到手机端。人影业务需要分析编写并作业需求分析报、作业计划报、作业潜力报、作业预警报、飞机作业（探测）方案报、效果评估报等一系列业务指导产品，贯穿人影作业的全过程。系统在各业务流程阶段都设计了自动生成相应阶段作业指导产品的word模板文件，模板中的标题、日期、规律性文字描述都由系统自动生成，模板中插入的图片产品，可以通过产品种类和时次的选择，边分析，边编辑，实现所见即所得的快速制作。指导产品通过系统可以定向给作业涉及的地市，相关人员通过手机端系统接收查看。
5外场作业信息传输与采集子系统
外场作业信息传输与采集系统即手机端系统，功能是实现作业指导产品接收与查看、空域申报监控、作业信息智能采集与展示、弹药装备物联网信息采集、安全射界图查询、作业实景采集与展示、天气实况显示等。手机端系统使用的用户必须进行注册，身份经审核后才能登录使用。对注册用户进行分组管理，可实现作业指导产品的精准推送、作业指挥人员实时掌握外场作业动态。
6系统创新点
广东人影综合业务系统的设计思路具有2个创新点：（1）针对人影5段实时业务各阶段任务特点进行“配菜”式参考产品和功能供应，给业务人员带来了很大的方便，降低了地市级业务人员进行人影专项分析的入门条件。（2）充分考虑人工影响天气业务服务领域的广范性，增强了系统的灵活性设置和可拓展性，设计了“产品管理中心”，将系统的每一个功能模块作为一个可以搭配的素材，目前具有75个独立功能模块，系统使用者可以根据需要任意定制菜单。在现有的主要功能菜单项外，还可添加新的分类菜单项。针对人工影响天气“五段”实时业务特点设计实现的广东人影综合业务系统应用了广东气象现代化建设取得的许多成果，如丰富的雷达产品，包括QPE、QPF短临预报产品，广东1km精细化区域数值预报模式产品，华南区域逐时循环同化预报产品，部门合作共享数据等。系统的建成明显提升了广东人工影响天气业务能力，对广东省内飞机、火箭人工影响天气作业的科学实施起到了重要的技术支撑作用。
作者:高建秋 陈荣 肖伟生 陆立凡 钟晨 苏俞先 单位:广东省突发事件预警信息中心