運用地理信息系统技術建設氣象資訊平台

撰文：黃冠華     2013年12月  

地理信息系統(Geographic Information System, GIS)是一門綜合性的空間信息技術，它具備了儲存、管理、分析、顯示與應用地理信息的功能。由於氣象數據往往包含空間信息，如距離地面的垂直高度(或氣壓層高度)及經緯度等，因此借助GIS技術來處理氣象數據非常合適。

香港天文台早於2008年開始，已運用地理信息系統展示珠江三角洲地區包括香港未來兩小時內的預測雨量分布(圖一)，使用者可透過地理空間信息顯示軟件，進行放大、縮小、全景觀看等操作以瞭解受雨區影響的範圍。

 

近年，開放式源代碼地理信息系統技術發展迅速，在實用性及功能方面有所提升。香港天文台於2011年開始運用開放式源代碼地理信息系統技術發展新一代氣象分析軟件系統供天氣預報員使用。其中一個重要功能是將各式各樣的實時探測資料有條不紊地在同一個平台上顯示出來，包括自動氣象站數據、天氣雷達圖像、氣象衛星雲圖、高空探測數據、閃電定位資料及預報模式數據等等。

由於各類氣象數據各有其不同的特徵，須按其特徵選取合適的方法處理以達致最佳的效果。GIS系統不單能有效地處理矢量(Vector)數據^[注解]，在處理圖像方面亦有其優勝的地方。為此，在顯示圖像數據時，我們要按預定的縮放比例預先製作一系列不同大小的圖像，以確保在不同縮放比例下圖像數據仍能保持良好的解像度。另外，在考慮處理地理覆蓋範圍較大的天氣圖像如衛星雲圖時，亦要注意系統在處理該類圖像時需要耗用較多的資源及較長時間傳送。解決方法是將大型圖像分割成多個細小的柵格圖像，並在同一時間內一併傳送只包含相關範圍的柵格圖像，以減少傳輸數據所需的時間。

在處理一般的氣象觀測數據時，則可採用矢量方式顯示。由於矢量圖數據文件在不同的縮放比例時仍能保持原先的解像度，因此無須就不同的縮放比例預先製作大量圖像產品。

而在開發用戶端界面時，新一代氣象分析軟件系統採用了於瀏覽器上廣泛適用的 HTML5 技術和 OpenLayers 開放式源代碼動態地圖程式集。透過 HTML5 提供的新功能，用戶可以在網頁上繪畫圖像和即時轉換圖像顏色配置。OpenLayers 亦提供了常用的 GIS 功能，如重疊圖層、隨意縮放圖像等。

 

基於新一代氣象分析軟件系統技術發展的「香港分區天氣網頁」(圖二)現時已引進到天文台的網站上。用戶可選擇將不同的天氣觀測數據顯示在詳盡的地圖上，另可疊加雷達圖像和閃電位置等氣象資料。用戶只要在氣象站的標記上按下滑鼠鍵，便可以一併查看該地點的各種觀測資料。

預料，隨著平板電腦的興起和流動通訊設備的普及，把氣象數據透過地理信息系統技術有效地顯示給流動用戶將會成為未來一個重大的發展方向。