引言

在中国气象局的统一部署下，结合内蒙古草原生态保护和建设这一服务重点，2004年内蒙古气象系统启动了生态与农业气象监测评估业务，其目的是根据各地的监测资料，为地方政府草原生态保护和建设提供科学依据。但当时各级气象局都没有详细、成熟的相应业务系统可供参考。在这种新形势下，如何将县级生态与农业气象实时监测资料快速传输到地区气象局，实现数据的有效存储管理和共享，又如何将这些资料方便、及时用于生态与农业气象服务业务，是亟待解决的技术问题之一。因此，开发一套生态与农业气象监测信息快速传输、有效存储和服务产品制作平台是非常必要的。

近年来，国内一些学者就有关气象和农业气象信息的监测采集、传输、应用服务系统建设途径与方法，进行了有益的研究和探索^[1-6]。这些研究都有一定的代表性和先进性，但均存在地域特点，不能满足本地业务化的要求。该系统在借鉴其开发思想的同时，在不规则监测资料远程传输(有的是以电报文格式，有的是以Excel文件格式)、县级监测资料查询，特别是以网络数据库为后台，实现多种高质量图表生成、信息服务、评估产品制作、软件在线自动升级和开设论坛等方面有一定新意。

系统设计开发过程中，依据《内蒙古自治区气候生态环境监测与服务》^[7]，遵循“标准、先进、实用、实时、安全、可靠、扩展、开放”的原则，采用自顶向下结构，力求系统达到结构化、模块化和标准化的要求。

1 系统组成

系统根据内蒙古生态与农业气象监测业务工作实际，以盟(地区)市气象局为主要应用单位，依托气象通信网络，采用(C/S)体系结构，充分利用网络数据库管理技术，建立一个能够使各类生态与农业气象监测资料快速传输、有效存储、方便查询分析、实时生成各种数据、图表和评估服务产品的服务平台。

该系统由系统管理、数据采集、数据管理、资料查询分析、服务产品五大模块及生态与农业气象数据库、卫星遥感资料数据库、服务产品数据库等三个数据库构成(图 1)。

2 系统的实现

依托气象通信网络，采用MS C#.NET框架技术编程^[8-10]，结合COM(组件对象模型)技术进行系统集成，增强程序的可移植性；利用ADO.NET接口，实现与SQL Server2000数据库的快速连接与访问^[11-12]，提高数据库的性能；通过TC/TIP网络协议，实现生态与农业气象监测站采集信息的上传和以网络数据库为后台的多种高质量信息服务。

该系统由两个子系统构成。客户端运行县级生态与农业气象监测服务子系统，主要负责监测信息采集、上传；服务器端运行地区级生态与农业气象评估服务子系统，负责气象数据采集、综合分析和服务产品制作等任务。

2.1 县级生态与农业气象监测服务子系统

作为生态与农业气象监测信息源，该子系统安装于县生态与农业气象监测站。监测项目及内容涉及各类生态与农业气象信息(表 1)。

2.1.1 生态与农业气象监测资料采集与传输

客户端设定生态与农业气象监测资料采集模块解决系统的监测信息来源。监测信息通过网络自动上传到远程服务器数据库的同时，并为县生态与农业气象监测站生成了电子报表。

2.1.2 县生态与农业气象监测站使用资料

县生态与农业气象监测站业务人员可按监测项目或监测日期查询使用本地监测资料。

2.2 地区级生态与农业气象评估服务子系统

为了客观定量地评估气象条件对生态环境造成的影响^[13-14], 业务应用中一般采用空基与地基相结合的方法^[15-19]，根据国家气象中心所创建的基于植被第一性生产力(NPP)估算的生态气象评价指数(EMI)模型，结合实地调查，把生态环境的“优劣”分为“很好、较好、正常、较差、很差”5个评价等级。通过计算某地生态气象指数、划分生态气象等级，进行生态气象评估^[20-22]。该方法既可以对整个地区生态状况进行客观定量的评价，也可以进行逐月动态分析，还可对不同地表覆盖类型进行生态气象评价和等级计算。

基于植被第一性生产力(NPP)估算的生态气象评价指数模型为：

$ EMI = \frac{{NPP - \overline {NPP} }}{{\overline {NPP} }} \times 100 $

或  $EMI = \frac{{NPP - \overline {NPP} }}{{{\sigma _{npp}}}} \times 100$

式中NPP为植被第一性生产力的历年平均值，σ_npp为植被第一性生产力的均方差。

根据上述理论，结合内蒙古生态与农业气象监测业务工作实际，以旗(县)生态与农业气象监测站获得的长期定位地基监测信息和地区气象局获得的动态空基监测信息，形成涵盖草原、农业、森林、湿地、沙漠等5大类型评估服务产品。

地区级生态与农业气象评估服务子系统安装于地区气象局，实现系统管理、实时气象信息采集、监测资料查询分析、产品制作等功能，满足生态与农业气象业务服务需求。

2.2.1 系统管理

为保障系统安全，确保提取资料的准确性、通用性和规范化，设置了系统的基本参数(包括站名、区站号、远程服务器配置等)、监测站点参数、地表类型参数、土壤相对湿度参数和等值线颜色参数；在系统初始安装使用时，设定了相应数据库文件新建功能，同时防止数据库信息遭受破坏或意外丢失，定制数据库备份和应急调用恢复功能。

2.2.2 实时气象数据采集

采集实时气象资料(地面气象资料实况和旬(月)报资料)。该资料通过数据采集通讯模块实现网络数据自动采集、解译和有序存储。

2.2.3 数据管理与查询分析

为保证历史资料和各类监测数据的准确和完整，及时更正、补充有误或遗漏信息，系统管理员可对数据库的记录进行修改、删除、添加和浏览等操作，实现对各类监测数据管理和维护。

按照工作需求，对数据库中的生态与农业气象资料进行检索、查询、对比分析(不同地域同一时期或同一地域不同时期)，生成相关的数据和图表，并可打印数据或输出Excel和Rtf等格式文件保存电子文档(图 2)。

2.2.4 生态与农业气象评估服务产品制作

评估服务产品按发布时间可分为定期和适时两种，内容涵盖所有监测项目十几个类别。根据制作不同评估服务产品需求，系统为业务人员提供编辑材料的各种素材。其中包括：气温、降水、日照、风、干旱程度、草地植被生长状况等。所提取数据按参数设置的台站顺序自动排序，生成数据报表和图表(包括柱形图、折线图、3D图、等值线和等值面图等)。统计数据可自动叠加到行政区域图上，得到有关要素的地区分布示意图(图 3)。所有生成的各种数据和图表通过剪贴板可以粘贴到word或其他文档，也可保存为图片文件(bmp或jpg等格式)打印输出。

为了使生成的等值线或等值面更加美观，系统自身在运用常用插值法绘图外^[22]，还调用了专业绘图软件Surfer8.0，大大增强了绘图的实用效果。

2.2.5 服务产品分发

系统根据产品类别将评估服务材料，按发布时效通过网络及时分发送到有关单位及地方党政部门，为各级领导及生态环境建设保护部门决策提供服务。

3 系统应用

该系统适用于地区级气象局开展生态与农业气象监测与评估业务。由于生态与农业气象监测项目繁多(详见表 1)，现仅以气象灾害的草原干旱为例介绍该系统在业务中的应用。

内蒙古气候干旱少雨，属全国生态环境脆弱的省区之一，气象灾害发生频繁。而草原干旱是影响面广、极为严重的气象灾害，它严重地制约着草原畜牧业的可持续发展。在灾害发生时，实时获取灾害信息是掌握灾害持续时间、发生强度及危害程度的重要手段。

2007年锡林郭勒盟中、东部发生了有气象记录以来最为严重的干旱，造成天然草场牧草大面积枯死、牲畜膘情极差、农业大幅减产或绝产。据不完全统计，仅乌拉盖管理区春夏旱灾造成的直接经济损失高达1亿多元。

作为实时应用系统，及时采集实时监测资料，为产品制作提供信息源是检验系统实用性的重要内容之一。利用该系统的县级生态与农业气象监测子系统，及时将灾害信息上传至网络数据库；地区气象局利用该系统的生态与农业气象评估子系统，实现信息提取与加工处理、判定灾害的等级，并结合空基监测资料(EOS/MODIS卫星资料)，为盟行署制作了图文并茂“锡林郭勒草原2007年度旱情报告”的专题评估报告。该报告为政府和有关部门指挥抗灾、救灾提供了科学依据，受到了地方政府领导的高度重视和盟行署表扬。

地区级生态与农业气象监测评估服务系统于2007年在内蒙古自治区气象部门推广应用，是目前全区开展生态与农业气象监测信息传输和制作评估服务产品的主要业务平台之一。该系统的应用全面提高了各地区生态与农业气象监测信息采集和生成评估服务产品的自动化程度，为规范自治区生态与农业气象监测和评估业务，提高生态与农业气象评估服务工作水平奠定了基础。

近年来，利用该系统制作的“生态与农业气象监测评估信息”系列服务产品，诸如：天然草场干旱监测分析、天然草场牧草返青期、春季休牧期和冷季载畜量等，已成为地方政府制定生产规划的重要参考资料。

4 小结与讨论

(1) 系统建设与应用依托于气象通信网络，采用C/S结构，以旗(县)气象局(站)为结点，解决了生态与农业气象实时监测数据传输、存储管理和应用于生态与农业气象评估业务服务等问题。

(2) 系统采用MS C#.NET框架技术编程，结合COM技术进行系统集成，增强程序的可移植性，保证了软件的实时、实用、安全可靠。构建了生态与农业气象信息数据库。利用ADO.NET接口技术，实现与SQL Server2000数据库的快速连接与访问，提高了数据库的性能。通过TC/TIP网络传输协议，实现了客户端的数据查询和服务器端的数据存储、综合分析和专题图表制作功能。

(3) 系统在不规则监测资料远程传输、县级监测资料查询，特别是以网络数据库为后台，实现多种高质量数据(图表)生成、信息服务、软件在线自动升级和开设论坛等方面有一定新意。软件在线升级便于用户使用系统新增功能；开设论坛，一方面为大家提供学习交流的平台；另一方面使开发人员及时得到软件在业务运行中出现的问题，使之逐步完善。

(4) 系统采用网络数据库来实现数据共享，减少了数据的冗余度，提高数据的独立性，使数据实现集中控制，保证了数据一致性、可维护性、安全性和可靠性。

(5) 该服务系统初步建立，仍需在业务应用中作进一步改进和完善，最终建成一个开放式的生态与农业气象监测和评估服务平台，将信息直接、迅速、有效地传输到农牧业生产第一线，为农牧业可持续发展做贡献。