用Surfer绘制区域站等值线图

房淑波,张建磊，翟向东,冯 琦

（1.绥化市气象局,黑龙江 绥化 152002；2.中国气象局，北京 100081）

1 引言

区域自动气象站是一种适用于中小尺度天气系统监测的无人自动站。随着气象现代化的发展，区域自动气象站已成为气象综合观测站网的重要组成部分，其数据对提高天气预报水平、气象服务、气象防灾减灾预警等发挥着重要的作用。而其中区域站各要素等值线图对预报、决策人员有着很大帮助。在众多绘图软件中，Surfer最为方便实用，Surfer是一款十分流行的二、三维数据处理和显示软件，在气象业务中得到广泛的应用，其视图功能强大，等值线图绘制是其主要的功能，软件操作使用方便，是平时制作气象数据等值线常用的一款最为方便实用的软件。

2 区域站数据的引用

区域自动气象站主要有风向、风速、气温、降雨量4要素观测。目前黑龙江省的区域气象自动站查询软件是华创公司开发的CAWSAnyWhereServer软件，在实际业务使用中存在数据检索功能单一，不能对任意时段要素绘制等值线图等问题。为充分利用区域自动气象站丰富的气象资料，结合实际业务工作的需要，有必要对区域自动气象站数据库数据的结构和存储方式进行分析，并对其数据的开发与应用进行探讨。

(1)区域站数据库的连接。目前区域站数据存储在各市局服务器中，在客户端可以通过Adodb组件加以连接，provider属性串格式如下：

Provider=SQLOLEDB.1;

Persist Security Info=True;

User ID=用户名;

Password=密码;

Initial Catalog=CAWSAnyWhereServer;

Data Source=221.210.188.66,1443

其中CAWSAnyWhereServer为区域站数据库名，221.210.188.66,1433为数据库服务器地址，端口号。

（2）确认数据表名。建立数据连接后，可以通过select*from sysobjects语句查询库内表的名称，区域站软件更新升级后，改变了数据库结构，每个站点对应数个表，表名格式：H字母开头为该站小时数据，M字母开头为该站分钟数据，后5位是区站号。如果要一次查询多个站点，要一次循环打开多个表。

（3）确认数据结构。可以通过 select name from syscolumns where id in (select id from sysobjects where name='表名')语句查询各表结构，以小时数据表为例，各站表结构是一致的，TT表示观测时间，BA表示小时雨量。

（4）查询任意时段数据。对各站任意时段小时数据合计查询，关键SQL语句见下：

SELECT sum(BA)FROM站小时数据表where(TT>'开始时间')and(TT<=‘结束时间’)。

3 Surfer软件的应用

用Surfer绘图一般要经过以下几个步骤：

（1）绘制底图。底图一般为当地矢量格式，可以从micaps软件相关目录中找到本省地图加以修改，地图文件为文本文件，第一行第一项为地图中点的个数，第二项为0；以下各行为地图数据，由经纬坐标组成。

（2）网格化。网格化前要准备好要素数据文件，数据文件的格式为文本文件，每行最少要有3项数据：经度、纬度、要素值。操作前注意设置网格范围要与底图大小相同。选好网格化方法后生成网格文件。

（3）白化。白化的目的是使超出本地区范围以外的部分不画等值线，白化需要准备白化地图，此地图也是矢量地图，为本地区的轮廓，要求轮廓线连续并封闭，即整个地图是一条首尾相连的连线。将上步生成的网格文件通过白化地图白化操作，生成新的网格文件，文件中本地区以外的部分，Surfer就不会绘制等值线了。

（4）绘制等值线。加载白化后的网格文件，绘制等值线，并给等值线填色等。

（5）叠加。Surfer还提供了张贴图功能，可以将离散站点数据显示在地图上。建立张贴图需要准备文本格式文件，格式为每行最少3项数据:经度、纬度、待显示内容。

4 编制程序

4.1 环境设置

Surfer软件安装后，就可以通过引用它提供的控件编制程序绘制等值线图了，对控件的引用如下：

var SurferApp=new ActiveXObject(“Surfer.Application”);

var doc=SurferApp.Documents.Add(1);

4.2 数据文件的设定

编写Surfer程序，涉及到的数据文件较多，一般有3个文件是固定不变的：地图文件、白化地图文件、站点索引文件，站点索引文件中最少要包含区站号、经度、纬度3个字段内容。动态生成的文件包括：

（1）通过站点索引文件中的区站号索引访问网络数据库，形成的站点要素文件。文件中最少要包含经度、纬度、要素值，该文件的形成需要访问区域站数据库，是整个过程的关键，Surfer用该文件生成网格文件。

语句执行后，将形成的数组保存到站点要素文件中，以待下步执行。

（2）网格化生成的未白化网格文件。网格化是绘制等值线的关键步骤，需要准备上步动态生成的站点要素文件，在Surfer中网格化是通过GridData函数调用的，Grid-Data函数参数较多，其中几个主要参数含义为：

DataFile：气象站点要素文件;xCol,yCol,zCol：坐标及要素值在数据文件中的位置;NumCols,NumRows：插值时的总行数、列数;xMin,xMax,yMin,yMax：大小范围，应该同底图的范围相同;Algorithm：插值方法。NumCols,NumRows参数值越大，等值线越流畅，等值线层边缘越光滑，但速度也越慢。针对不同类型的气象要素，应该选择不同的插值方法。

（3）白化后的网格文件。调用相关方法：SurferApp.GridBlank(未白化网格文件,白化地图文件,白化后网格文件);语句执行后生成的白化后网格文件。之后调用Add-ContourMap语句绘制等值线图层，参数为白化后的网格文件。

（4）用于显示站点要素值的张贴图文件。Surfer张贴图用于显示区域站点名称、站点要素值等，每显示一类要新建一动态文件，所需的文件格式最少为3个字段：经度、纬度、待显示值。经度、纬度从站点索引文件中得到，待显示值则需要访问区域站数据库得到。通过方法AddPostMap,将要素值加到新的张贴图层中。最后叠加各个图层，输出等值线图片。

4.3 数据的筛选

气象要素数据的质量直接影响绘制等值线的效果，因此有必要在绘制等值线前对数据进行质量控制，最简单的筛选是剔除缺测站点，参与绘制等值线的站点要素文件不应该包含缺测站点。

4.4 Web服务程序的编写

可以考虑在服务器端架设Web服务器，在服务器端安装Surfer软件，客户端只需浏览器即调用图形了。如用ASP编程，需要在服务器端降低客户访问Surfer控件的权限，PHP编程则不需要设置。

为提高效率，将输出的图片文件名设为查询时间段，客户端第一次查询某时段后生成图片文件，下次再有访问，程序先检测目录里是否有该时段图片，如有则直接显示图片，省略运算过程。程序还应在客户访问时检查删除早期图片文件，保持固定的图片数目。