時間：2023-01-09 09:57:29
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關鍵詞:防災減災;氣象服務;農業農村農民;探討
引言
農業、農村和農民問題始終是關系我國經濟和社會發展全局的重大問題。特別是農業生產受天氣、氣候影響較大,各類氣象災害對廣大農民生命財產安全和農村社會穩定構成了嚴重威脅。根據中國氣象局統計,我國每年因各種氣象災害造成的農作物受災面積達5000萬公頃,受重大氣象災害影響的人口達4億人次,造成的經濟損失平均達2000多億元人民幣,相當于國內生產總值的1%-3%,因氣象災害造成的人員傷亡80%在農村。因此,了解當前農村氣象服務狀況,提出改善農村氣象服務的應對措施,對于防御和減輕氣象災害,充分發揮氣象服務在建設社會主義新農村中的作用,具有重大的現實意義。這里通過分析當前農村氣象服務所存在的問題,并由此提出了做好農村氣象服務的對策和建議。
1.當前農村氣象服務存在的主要問題
1.1氣象服務產品滿足不了農村的需求。氣象服務產品單一,沒有針對農村實際需求的預報產品,如名特優農作物經濟作物生育期采摘期的氣象保障服務、新品種引種的氣候論證、養殖業發展的氣象服務、適應特色農業發展的農業氣候區劃等等在農村均還得不到;農業氣象災害、突發性氣象災害預報農民很需要,但不能及時得到;農民要求低溫凍害、高溫干旱、臺風暴雨等各種氣象預測預報產品要更及時、更準確、時效性要更長,并盡可能的定點、定時、定量。
1.2氣象服務信息的快速傳輸渠道還沒建立。目前農村獲取氣象信息的主要渠道有廣播電視、手機短信、氣象聲訊電話、互聯網等。但從調查的情況來看,農民主動從這些媒體獲取氣象信息仍然是少數,氣象知識在農村普及率極其低。更是農民舍不得花錢撥打氣象聲訊電話和定制手機氣象短信。農民喜愛的原始的有線廣播大喇叭在農村已消失,受經濟問題和文化問題制約因特網在農村普及,除電視外其他音頻視頻媒體在農村也沒有。目前許多地方在鄉鎮配了兼職氣象協理員,在村里配了兼職氣象信息員,這些人只是兼職的,待遇和地位問題未得到合理的解決,更主要是對這些人員的氣象應用培訓管理也沒到位,而且畢竟人少還撐不起氣象信息傳播的重擔。特別是臺風暴雨、寒潮等重大氣象災害的預報還是到各級政府層層傳遞到農村,灌輸到農村,但很難迅速到底到邊。更遭的是雷電、冰雹、局地突發性暴雨的發生發展往往只有幾分鐘幾小時,這些突發性災害的監測預報就不可在幾分鐘內傳遞給每位村民了。
1.3宣傳教育缺位,農民缺乏氣象科學知識。一方面氣象科學知識沒有納入到農民培訓的范疇,氣象主管機構因為管理體系和人力財力的關系,也沒有深入到農村搞宣傳教育工作,使得能懂一些氣象科學知識的人較少。另一方面是農村人員中文化素質高的人都外出打工或經商去,還有經濟條件好的能人,不斷遷居到城市去了。留守在農村的人員主要是老、幼、婦等。文化素質偏低的原因,農民解讀不了氣象信息,影響了氣象信息的科學利用。還有從事氣象工作的人員平時到農村調查研究少,不了解農村和農業生產,不了解得農村的客觀需要,在氣象服務信息中提出針對性強的指導意見少,影響氣象信息在農村發揮的作用。
1.4農村防雷意識淡薄,防雷裝置幾乎空白。在農村農民受教育程度不高,再受迷信思想深遠影響,農民常把雷電解釋為“天公發怒”,把受雷擊理解成是天意,沒有基本的防雷知識,在雷雨來臨時,往往跑到沒防雷裝置的涼亭、簡易棚、大樹下等最易受雷擊的地方躲雨,而遭雷擊傷亡。在農村農民建房為了節省投入,也沒意識裝設防雷裝置了。農村防雷減災的管理工作還不到位,由于政府投入人力、財力有限,建設主管部門和氣象主管部門還深入不到農村的防雷管理,規范的防雷技術服務還未延伸到農村。
2.針對農村氣象服務存在的問題,應采取的對策和建議
2.1氣象部門要深化氣象業務技術體制改革和加強氣象人才隊伍建設,不斷提高各類氣象服務產品的質量和增加服務產品的數量。氣象部門要改變傳統預報產品,提供適合農村需求的預報產品不是一件輕易的事,涉及到氣象部門現行的體制、機制、資源配置、氣象業務服務機構職責分工、內部人員結構等很多方面,需要對整個氣象運行系統進行改革和調整。要解決這些復雜的問題,那就是要堅定不移地深化氣象業務技術體制改革,培養和引進相關人才努力加強氣象人才隊伍建設。
2.2建立與完善農村綜合氣象監測預報系統。加快農村加密自動氣象站網建設,以實現對中小尺度災害性天氣及局地小氣候的監測預警。增加與農村關系密切的農業氣象、生態氣象、大氣成分、雷電等觀測項目,提高遙感遙測技術在農村氣象監測的應用水平,為農村氣象服務提供必要的監測技術手段。制定針對特色農業進行農業氣象、重大病蟲害氣象、生態氣象、大氣成分等方面的觀測,為現代農業氣象服務研究提供基礎監測數據。建設或完善雷電監測網并加強雷電監測預警的科學研究。
利用多種氣象科技手段,建立鄉鎮短時、短期和中期氣象預報業務系統,以鄉鎮預報業務帶動和完善農村氣象預報預測系統建設。發展包含天氣、氣候、生態與農業氣象、大氣成分、人工影響天氣、雷電等內容的農村預報預測系統。通過完善與發展農村氣象氣象服務系統,制作更多的符合“三農”氣象服務需求種、養業各個環節的氣象保障預報服務、新品種引種的氣候論證、特色農業發展的農業氣候區劃、農業氣象災害預警等產品,構建現代農村綜合氣象監測預報系統。
2.3采取多種手段完善農村氣象信息傳播渠道。地方廣播電視部門要建立重要天氣信息綠色通道。像以往抗臺氣象信息一樣,及時插播農村種養業的關鍵期預報、突發性的強對流大風、暴雨、雷電等預報。同時氣象部門積極建立好高效的信息快速分發流程,實現重要氣象信息第一時間到達農村,有效指導農業生產及防御和減輕農村氣象災害的影響。
在農村建設氣象預警專用系統,可采用手機短信、氣象警報接收機和無線氣象信息電子顯示屏相結合的方式,布設24小時待機的受控高音喇叭音頻播出設備,確保信息的及時和接收。
利用手機短信和固定電話來傳播氣象信息是最便捷、服務面是最廣的。因此,要大力發展農村手機短信訂制用戶和固定電話包月用戶,同時相關信息產業部門也要適當降低收費標準,讓更多農民能用得起這些信息。
2.4建立農村氣象科普教育體系。氣象主管部門要進行多方調研,編寫適合農村特點的、通俗易懂的氣象預報運用、氣候資源利用、種養業氣象服務指標、避雷防雷技術等鄉土教材。
啟動氣象信息“進村入(下轉215頁)(上接214頁)戶”工程,通過廣播、電視、報紙、互聯網、專題資料、墻報、手機短信、氣象聲訊電話、現場咨詢活動等手段不斷加強氣象科普知識的宣傳;在有關涉農培訓基地開設氣象科技知識課程,定期地舉辦農村氣象技術培訓班,傳授經濟實用的農村適用技術,培養鄉土氣象專家,從而努力提高農民群眾科學利用氣象信息的水平。把氣象知識編寫到中小學校地方教材中,給學生發送氣象科普知識,組織氣象專家到學校作科普講座,組織學生參觀氣象科普基地、參觀氣象部門,做到科普宣傳從娃娃抓起。
2.5加大農村防雷減災管理力度。做好農村科學防雷宣傳教育工作外,把農村防雷減災納入到規范管理中,在農房建設許可中把好防雷設計關和施工關,建立農村建設項目的防雷設計審核和施工監督制度。對農村的防雷狀況進行定期普查,公布普查結果。特別是對農村企業、公共建筑、學校的防雷隱患,要分類指導,督促整改到位。
2.6充分發揮政府在農村氣象服務中的主導作用。從維護社會公共安全的高度,各級政府要完善管理機制,支持氣象部門為農村服務而進行的業務體制改革、人才隊伍建設、現代化裝備建設,協調氣象、建設、信息產業、廣播電視等部門,規范農村防災減災防工作。制定農村氣象防災應急預案,投入資金完善農村氣象信息傳播渠道、氣象觀測網建設,投入資金完善農村基礎設施、公共場所的防雷措施和規范農村防雷減災管理。
各級政府要重視氣候資源的應用開發,推廣太陽能的利用,進行風能資源、光溫資源等的調查,做好特色農業氣候區劃評價和成果推廣、落實氣象科普宣傳、對農民進行氣象科技知識培訓等工作。
要落實各鄉鎮氣象分管領導,真正落實專職兼職氣象協理員,建立農村兼職氣象服務隊伍。確實解決這些人兼職人員的待遇地位問題。
3.結語
加強和完善農村氣象服務是一項社會綜合工程,也是今后一個時期氣象服務工作的重點、難點和焦點,做好這項工作,取決于廣大農民防災減災趨利避害的自覺程度,取決于氣象部門科研開發和服務的主動性,取決于相關部門的相互配合,取決于各級政府在農村氣象服務中的主導作用。
參考文獻:
論文摘要選擇適當的氣象條件噴施農藥，在生產實踐中尤為重要。指出在噴施農藥時，要把握適宜的氣溫、選擇適宜的濕度、避免降水天氣施藥、巧借風力和合理利用光照。
植物病蟲害和雜草的叢生、消長與氣象條件有密切關系。采用農藥防除病、蟲及雜草，是植物保護的有力武器，是保障農業高產穩產的重要手段。而在選用農藥種類、使用方法、避免對作物、人、畜的危害和發揮施藥后的效果等方面，都必須考慮氣象條件的影響。如同一種農藥，在某種天氣條件下可以提高藥效；而在另一條件下，不但藥效降低，而且藥效期也會縮短。因而，選擇適當的氣象條件噴施農藥，在生產實踐中顯得非常重要。
1把握適宜的氣溫
氣溫的高低直接影響藥效的穩定性，在一定溫度范圍內，較高的氣溫會增強藥劑的滲透力，加快毒殺速度，有利于提高藥效；但氣溫超過一定范圍后，藥效反而會降低。一般來說，當氣溫在20~30℃范圍內用藥，其效果比氣溫在20℃以下的天氣條件下使用效果要好；但當氣溫超過35℃時，由于高溫會促進藥物分解而降低藥效的持久性，同時在噴施藥液時，噴出的霧滴水分在高溫下也易揮發，導致局部藥液濃度加大，加之作物新陳代謝旺盛，故易引起藥害發生，且易引起人身中毒事故。因此，在晴天施藥，最好選擇在上午11時以前和下午4時以后進行，避免在中午高溫條件下施藥。
2選擇適宜的濕度
濕度對農藥的影響主要體現在對農藥劑型的影響上。對大多數乳劑農藥而言，由于濕度大，會相對降低其濃度，加大藥液流失，從而降低藥效；但對有的撒施粉劑農藥則有利于藥粉與作物莖葉的粘附，能提高藥效。通常粉劑農藥宜在晨昏植株露水未干時進行噴撒，以利藥粉粘附在葉片上而不被風抖落；噴霧宜選晴天無露水時進行，以免稀釋藥液，降低藥效；噴粉、噴霧后遇到降水，常會沖失藥劑或沖淡濃度，需要重新噴藥。空氣潮濕會使藥劑揮發能力減弱；土壤的干濕，對藥效也有一定的影響，一般較濕的土壤能更好地吸附殺蟲劑，增加藥物與蟲體接觸機會，從而提高防效。
3避免降水天氣用藥
下雨天噴施農藥，藥劑易被雨水沖刷而流失，導致藥效降低甚至失效無效。為了延長藥效期，最好選擇晴天或雨過天晴時噴施農藥。但如果雨季正逢害蟲防治適期，不能過多推延噴藥時間的情況下，也可采取以下措施，提高防效。
（1）在農藥中加入適量的黏附劑和輔助劑。如洗衣粉、木薯粉漿水等，以增加農藥的黏附力。
（2）選用內吸性強的農藥。如樂果、殺蟲雙、稻瘟凈等，此類藥施藥后4h無雨，則有80%以上農藥有效成分被作物吸收；4h以后再下雨則對藥效影響不大。
（3）選擇速效性農藥（如速滅威），在噴藥后短時間內就產生藥效。
（4）選擇粉劑農藥。尤其是在大霧、露水重的情況下，噴施粉劑農藥最為有利。特別是可濕性粉劑，能溶解于露水而加快毒殺速度。
（5）選擇超低容量噴霧器噴藥。由于濃度高，霧滴細，易被作物吸收，可減少流失。
4巧借風力
噴藥宜選擇無風天氣，有風會給操作帶來麻煩，很難保證藥物噴撒到需要的部位。如果施用劇毒性農藥，更應注意風向及風速的變化，以免產生藥害，發生人、畜中毒事故。大風能促進藥劑的揮發和散失，造成藥劑浪費，同時易導致藥液四處亂飛，增加空氣污染，導致人畜農藥中毒事故。因此，大風天氣時不宜噴施，以靜風或微風條件下施藥較好。在一天的早晨或傍晚，由于逆溫層的存在，氣層靜穩，是噴藥的最佳時機。同時，還可利用風向噴施農藥，操作人員應順風前行或背風倒退，這樣才使藥劑準確地噴灑到位，且對人體安全。
5合理利用光照
強烈的光照能加快藥劑的揮發與分解，使藥效期縮短且在強光下，作物新陳代謝旺盛，氣孔張開，農藥容易對作物產生藥害，甚至燒傷葉片，影響植物的光合作用。因此，在炎熱的中午不宜施用農藥。另外很多昆蟲如地老虎、稻苞蟲、卷葉螟幼蟲等都有晝伏夜出的特性，只有當它們處于采食狀態時，才有受藥的可能性，故強光照下不利于噴施防治此類害蟲的農藥，宜選擇在陰天或晴天傍晚施藥。
總之，影響農田施藥效果好壞的因素是多方面的，主要表現在病蟲的生理特性和農藥的理化特性方面。施藥時除要做到“對癥、適時、恰當、安全”外，還要考慮天氣與施藥之間的關系，根據各類藥劑和防治器械的性能，決定合適的施藥方式。
明代茅元儀《武備志》中收錄了《測天賦》、《玉帝親機》二書，收集了許多有關天氣的經驗性認識，其中的天氣諺語集中體現了古代勞動人民的智慧。這些諺語來自生活實踐，因難免受封建迷信思想的影響，不少諺語有不科學之處。到了明末，我國的氣象事業有了一定的發展。但人們對于氣象的認識較為分散，而且也局限于知識分子階層，沒有普及到群眾中去。《天經或問》作為第一本天文科普讀物，以一問一答的形式，像百性普及相關知識，其中也涉及到氣象知識，通俗易懂，是中國氣象學的啟蒙之作。
二、《天經或問》中的氣象學知識
《天經或問》共有四卷。卷一共有22圖：昊天一氣渾淪變化圖，黃赤道南北極圖，三輪六合八觚之圖等；卷二有問答17條，各有標題：天體，地體，黃赤道，南北極，子午規，地平規，太陽，太陰，日食，交食，朔望弦晦等；卷三有問答25條，各有標題：歲差，經星名位，恒星多寡，大星位分，太陽出入赤道度分，經星東移，觜宿古今測異，七曜各麗天，恒星天等；卷四有問答27條，各有標題：分野，年月，歷法，霄霞，風云雨露霧霜，雪霰，雹，雷電，霾，慧孛，虹，日月暈，日月重見，風雨徵等。游藝結合中西科技成果，撰成通俗讀物《天經或問》一書，很有獨特見解，被收入《四庫全書》，并流傳日本，多次翻印發行。《四庫全書》總纂紀昀評述這部書：凡天地氣象、日月星辰之運行，月盈日蝕的道理，以及風云、雷電、雨露、霜霧、云霓的變化，都設有問答，明其所以然，條理清晰，通俗易懂；至于星占應驗之術，則摒棄不談。
（一）各類天氣現象
“問：雹，冷物也，何以不降于寒而降于暑也？或謂蜥蜴所噴，或謂龍鱗所藏？是乎？否乎？曰：氣之三際：中為冷際，下為地溫，上近火熱，極冷之處乃在冷際之中。二時之雨，三冬之雪，蓋至冷之初際，即已變化下零矣。冬月氣升，其力甚緩，非大地同云不能扶勢，故云足甚廣；二時之云足亦闊，云生緩遲，即雨舒徐，皆變于冷之初際也。夏月郁積濃厚，決絕上騰，力專勢遲，故云足促狹···溝澮旋盈，蓋因其專銳，故能徑至于冷之深際。氣升愈厚，騰上愈速，人冷愈深，變合愈驟，結體愈大矣。升入極冷之際，驟凝為雹。雹體大小，又因入冷之深淺、云氣之厚薄也。雹中沙土，更多于雪；雹體中虛，以其激結之驟，包氣于中也。若夫蜥蜴龍鱗之說，則樵木市語也。”在該書中，游藝在對雹進行解釋時很明顯的受到了西方“三際說”的影響。在明末清初之際，有一些西方傳教士對“三際說”作了簡要介紹，如利瑪竇的《乾坤體儀》將大氣分為“暖域、冷域、熱域”，熊三拔的《泰西水法》將大氣分為“溫際、冷際、熱際”等，但均未對“三際說”作更為深入的分析。作為最早將西方中世紀氣象知識與理論介紹到中國的氣象學專著，《空際格致》對大氣分層學說進行了相對全面地闡述。依據《空際格致》“，氣厚分有上中下三域：上域近火，近火常熱；下域近水土，水土常為太陽所射，足以發暖，故氣亦暖；中域上遠于天，下遠于地，則寒。”高一志將大氣分為上域、中域和下域，三域的特點分別是熱、寒、暖。此處所說的下域，和我們今天氣象學里面的對流層極為相似。高一志還提到了下域“暖”形成的原因“，下域近水土，水土常為太陽所射，足以發暖”，太陽輻射中的一部分被地面所吸收，所以高一志認為被吸收的太陽輻射足以使下域“發暖”。“上域近火，近火常熱”，高一志的“上域”和現在的“熱層”相類似，由于太陽輻射中的強紫外輻射的光化學分解和電離反應，使得這一層的溫度隨高度的增加而迅速升高。“中域上遠于天，下遠于地，則寒”，“中域”相當于現在的“中間層”，中間層大氣吸收的輻射能量很少，溫度隨高度而降低，它是地球大氣中最冷的部分。在“三際說”的基礎上，對雹作出了進一步解釋。冬天的時候，這些氣體繼續上升，但是十分緩慢，力量也比較薄弱，只能依靠大地上性質相同的云，此時的云范圍較為廣泛；夏天的時候，氣體越積越濃厚，繼續上升，力量較強，直達冷際深處。氣體越往上升，越來越厚密，速度也越來越快，聚散變化也越來越突然頻繁。當氣體進入極冷之際時，會驟然凝結成雹。雹體積的大小，與進入冷際的深淺、云的厚薄程度息息相關。雹中所含的沙土也比雪多，而且雹的中心是虛的，這是由于它是驟然凝結而成當中包含了氣體的緣故。至于說，是雹是蜥蜴所噴或是龍鱗所藏，都只是老百姓們的市井流言而已。現代氣象學上認為冰雹來自對流特別旺盛的對流云中。云中的上升氣流要比一般雷雨云強，小冰雹是在對流云內由小雹體上下數次和極冷水滴碰撞而增長起來的，當云中的上升氣流支托不住時就下降到地面。大冰雹是在具有一支很強的斜升氣流、液態水的含量很充沛的雷暴云中產生的。游藝用通俗易懂的語言解釋了雹的來源，并且指出民間的流言都是不可信的，在一定程度上破除了封建迷信思想。
（二）大氣光象
《天經或問》中還涉及到很多大氣光象。如：①霄霞依據《天經或問》，如霄霞“，問：霄，未見天之何色而指也，霞則見天之五色而著也。雖日月星辰不如霞之彩，測步者獨不關之者何也？曰：霄者，天之無云氣而青碧者也。天色在五行之外，青亦非其真體壯生。所謂天之蒼蒼其正色耶？其遠而無所至極耶？其視下也，亦若是則已矣。霞者，云正受日光則透白，虛斜相交則起色，皆假日之光或成五彩也···”游藝認為“霞”是由于云受太陽光照射虛實相交后而形成了五顏六色的光象，這與現代氣象學對“霞”的解釋極為相似，都認為“霞是由于大氣對日光的散射作用而產生的一種自然現象。”當陽光透過厚厚的大氣層時，被大量的大氣分子散射。當空中的水汽、雜質等越多，其色彩越顯著。②日月暈“問：虹是薄雨為日光所映而成紅綠也，然則日月四旁時有紅白之氣圍抱成環，謂之日暈，此暈是何？曰：暈乃空中之氣直逼日月之光圍抱成環，其有缺者、有圍者、抱者、背者、薄者、厚者，皆是氣所注射，又有一等氣在天上，外淺中深如井者，深是氣厚處日光所照，一般淺系氣薄日照之，故白色如井欄等。”暈是由于日月光線透過卷層云時受折射作用而形成的。天空中有一層高云，陽光或月光透過云中的冰晶發生了折射或反射，便在太陽或者月亮周圍產生彩色光環。大氣的厚薄程度不同，日暈和月暈的形狀也大小不一。③日月重見“問：日月暈，氣是也。日為諸陽之尊，有重出為之抗者，此是何物也？曰：日有重疊，見兩三者，以云封日，一層云稍薄能透光，卻被日光所射后，邊卻又有一層黑而厚者，擋住日光，反透薄云故成重日之象。”這跟高一志《空際格致》中提到的“日有重疊”現象有相似之處。《空際格致》中提到“太陽行時,不拘南北,忽遇潤云在旁,其云間日之面為薄,故深受日光及像,其背日之面為厚,故所受之光與像不能通透,乃退而不及人目,與成虹之云相似,致見日有二,其一系本輪,乃真者,一系旁云,乃偽者。正如對鏡者必生像于鏡內，凡在旁者見一真人與鏡中所退宛有二像矣。”由于云層有厚有薄，日光透過薄的云層，遇到較厚的云層時則被擋住了，又反射至旁邊較薄的云層形成了另一輪“太陽”。游藝的解釋通俗簡單，容易理解，即使是不了解氣象學的人，讀過之后也是一目了然，清楚明白。
（三）風雨預測
“問：日月暈與重出皆雨征也。然暈與重不常見而風雨則常有者，更有何征乎？曰：氣行空中為濕性所礙，不得上升，觀之見其彎曲者，雨征也；曉間霧開而復擁者，雨征也；晨起氣昏者，雨征也……日出時云多，破漏日光散射者，雨征也；日光暗淡而色蒼白者，雨征也……”中國的氣象諺語有很多，如元代婁元禮的《田家五行》中涉及到很多用自然現象來預測天氣。游藝在《天經或問》中也對其中的一部分進行了總結，并做了簡單扼要的解釋，便于理解。
三、影響
為了適應農業生產發展的需要，全墾區從上到下，每個農場都建立了農業氣象機構，配備專職的農業氣象工作人員，為農業生產發展發揮了重要作用。能夠及時主動提供當地農業生產所需的公益性氣象信息服務。建立了以基層農業生產經營者為主體的社會制度，對屬于公共服務范疇內的信息，采取各種手段保證電視、廣播、報紙等公眾媒體開辟農村氣象信息專欄，方便農業生產經營者能隨時隨地收聽收看到最新的氣象信息。
二、健全農村氣象信息的措施
氣象工作的出發點和落腳點在于為社會提供公共產品和服務，氣象部門必須以需求為導向，以滿足服務對象的要求為目標，不斷拓展氣象服務領域，積極做好以農業為主的綜合信息服務,具體包括以下幾個方面：
（一）依靠科技發展和管理水平，提高基層氣象信息的質量
計算機相關信息技術的快速發展，數值預報模式分辨率提高，天氣預報準確率有明顯改善，24小時的晴雨預報準確率達到了90%。但日常的降水預報、氣象要素預報和臺風等重大災害性天氣的定量預報準確率還較低。因此：一是要依靠氣象現代化化建設，深入研究天氣和氣候的機理，開發新一代天氣數值預報模式，輸出更精細的可釋用數值預報產品。二是加強基層氣象臺站的管理水平和業務能力建設，提高天氣預報員的職業道德素質和業務技術水平，實現定時、定量預報，提高天氣預報準確率。
（二）采用多種渠道，及時提供農業氣象信息
[論文摘要]近幾年來，隨著氣象信息對人們生產、生活作用的不斷加大，它的安全也備受關注。從氣象網絡的概念、安全的必要性出發，逐一探討了氣象網絡安全存在的問題，以及相關的解決措施。
一、氣象網絡的概念及其結構形式
氣象網絡，簡而言之，指的是將計算機網絡技術應用于氣象領域，使氣象信息網絡化，信息化，方便人們的使用。目前，氣象網絡按照不同的安全等級劃分成三種網絡結構形式：（1）內部局域網（含機要內網），此網要求安全等級極高，各個部門的計算機均在此網上；（2）通過數字專線與相關政府職能機構構成的政務專網，通過不同授權等級共享各級數據資源；（3）公眾互聯網，通過電信寬帶接入氣象網站，供廣大用戶瀏覽。現代社會氣象信息的大量應用，越來越彰顯其重要性，然而與此同時，網絡的應用也給氣象信息安全帶來了大量的潛在隱患，因此，加強氣象網絡的安全性就非常有必要。
（一）氣象技術的保障需求。當前，隨著氣象業務的不斷發展，氣象應用系統越來越多，對網絡的依賴程度越來越強，網絡安全早已擺在極其重要的位置。尤其是近幾年來，隨著全球氣候的普遍升溫，世界各個地方都面臨著干旱、洪澇、雨雪、臺風等自然災害，氣象技術的觀測、預報功能是人們預防自然災害最有利的工具，而病毒、非法侵入系統等不法行為肯定會影響到氣象技術的發揮，因此，保障氣象網絡安全是必需的。要解決這一問題不可能依靠某種單一的安全技術，必須針對氣象網絡的應用情況，采用綜合的策略，從物理環境、網絡和網絡基礎設施、網絡邊界、計算機系統和應用、安全管理等多方面構筑一個完整的安全體系。
（二）氣象網站的安全需要。全國各級氣象網站是公眾了解氣象政務、天氣預報等信息的重要媒體，通過這一媒介，人們可以根據未來的氣象資料，預先安排自己的生產生活。當前世界聯系日益緊密，任何因素的波動都可能造成無法估量的損失，因此，人們從氣象網站中及時獲取有價值的信息，對于他們來說，是非常重要的。但由于互聯網的安全性較低，隨時都有可能遭到有意或無意的黑客攻擊或者病毒傳播。
二、氣象網絡安全存在的問題
其實影響氣象網絡安全的因素有很多，本文從以下幾個方面進行論述：
（一）氣象網絡管理缺陷。由于全國各級氣象網絡系統在管理制度上普遍存在缺陷，有些基層站沒有專職計算機網絡管理人員，再加上某些基層氣象職工計算機水平較低，機房設備較差，對氣象網絡的安全極為不利。其不安全因素主要表現在：
（1）人為的非法操作。在某些基層氣象站閑雜人員擅自進入機房的現象時有發生，甚至有人隨意使用外來光磁盤。由于制度不到位，防范意識差，隨意的光盤、磁盤放入，有意無意將黑客裝入，給計算機網絡埋下不安全隱患。
（2）管理制度不完善。本應由管理員操作的部分管理工作，擅自交由其他非工作人員進行操作，甚至告訴密碼，致使其他人可以任意進行各種操作，隨意打開數據庫，造成有意無意的數據丟失，有的甚至在與Internet連接的情況下，將數據庫暴露，為黑客入侵創造條件；有的人將密碼隨意泄露給別人。
（3）相關工作人員的失職。氣象部門工作人員的職責不到位，，在Internet上亂發信息，為修改文件破壞了硬件，對“垃圾文件”不及時清除，造成數據庫不完整，資料不準確。
（二）病毒侵入。目前，氣象網絡安全面臨的最大危險就是病毒的侵入。當前網絡中，各種各樣的病毒已經不計其數，并且日有更新，每一個網絡隨時都有被攻擊的可能。計算機網絡病毒充分利用操作系統本身的各種安全漏洞和隱患，并對搭建的氣象網關防護體系見縫插針，借助多種安全產品在安裝、配置、更新、管理過程中的時間差，發起攻擊；有時黑客會有意釋放病毒來破壞數據，而大部分病毒是在不經意之間被擴散出去的。在不知情的情況下打開了已感染病毒的電子郵件附件或下載了帶有病毒的文件，也會讓氣象網絡染上病毒。
三、解決對策
（一）嚴格的安全管理制度。面對氣象信息網絡安全的脆弱性，一方面要采用技術方面的策略外，另一方面還應重視管理方面的安全，注重安全管理制度的加強。針對安全管理的復雜度，重要的是建立一套完整可行的安全政策，切實管理和實施這些政策。我們需要從以下幾個方面入手：
（1）首先加強人員的安全意識，定期進行網絡安全培訓；其次，制定安全操作流程，有明確、嚴格的安全管理制度。再次，責權明確，加強安全審計，詳細記錄網絡各種訪問行為，進而從中發現非法的活動。
（2）構建安全管理平臺。從技術上組成氣象安全管理子網，安裝集中統一的安全管理軟件，如病毒軟件管理系統，網絡設備管理系統，以及網絡安全設備統管理軟件。定期對安全策略的合理性和有效性進行核實，對于氣象網絡結構的變化，應先進行安全風險評估，適時修改安全策略。
（二）防范各種非法軟件攻擊和入侵。網絡的存在必然會帶來病毒攻擊和入侵發生。病毒的攻擊，一方面來自外部，由于應用系統本身的缺陷，防火墻或路由器的錯誤配置，導致非法攻擊輕而易舉的進入網絡，造成氣象業務中斷，數據的竊取和篡改等；另一方面的攻擊來自于內部，內部員工的無意或者惡意的攻擊，也會給網絡的正常運行構成威脅。超級秘書網
目前利用防火墻雖然可以阻止各種不安全訪問，降低安全風險，但防火墻不是萬無一失的，因此，作為防火墻的必要補充的入侵檢測系統（IDS），是第二道安全閘門，在全國各級氣象網絡的關鍵節點配置IDS，可監視信息網絡系統的運行，從中發現網絡中違反安全策略的行為和被攻擊的跡象，監控用戶的行為，對所有的訪問跟蹤，形成日志，為系統的恢復和追查攻擊提供基本數據。在各級建立IDS可以實時對關鍵服務器和數據進行監控，對入侵行為，違規操作進行預警與響應，并通過與防火墻聯動有效阻止來自內部和透過防火墻的攻擊行為。
（三）病毒防護策略。對于網絡病毒的防范是氣象網絡的重要組成部分。目前，氣象網絡的覆蓋面廣，病毒的危害也越來越大，加之傳統的單機殺毒已無法滿足需求，因此急需一個完善的病毒防護體系，負責病毒軟件的自動分發、自動升級、集中配置和管理、統一事件和告警處理、保證整個網絡內病毒防護體系的一致性和完整性。
主要的防范措施是建設覆蓋全國各級氣象信息網絡病毒防護體系，實現全網的統一升級、查殺、管理，防止病毒的交叉感染。包括網關級病毒防護，針對通過Internet出口的流量，進行病毒掃描，對郵件、Web瀏覽、FTP下載進行病毒過濾，服務器病毒防護，桌面病毒防護，對所有客戶端防病毒軟件進行統一管理等。
參考文獻：
[1]張劍平等，《地理信息系統與MapInfo應用》.科學出版社.1999.
VantagePro電子氣象站是美國戴維斯公司(DavisInstrumentsCorp.)面向氣象服務、面向移動服務的小型氣象站[5]。體積小，重量輕，功耗小，集成度高，安裝簡單，長期工作穩定可靠。氣象站由傳感器單元(ISS)、顯示控制器(CONSOLE)和記錄器軟件(WeatherLink)組成[6,7]。有線站傳感器(ISS)上的信號由有線傳送到顯示控制器上，電纜線長度30米；無線站傳感器(ISS)上的信號由無線傳送到顯示控制器上，距離大約200-300米。VantagePro也是目前國內外天文領域應用得較廣的全自動氣象站之一，在遠程自主觀測等方面應用較廣。VantagePro可以測量空氣溫度、空氣相對濕度、風向、風速、雨量、氣壓、太陽輻射和紫外輻射，組成8要素電子氣象站。還可擴展對土壤溫度、土壤濕度及葉面濕度等氣象要素進行觀測。與一般的氣象站不同，VantagePro采用了所謂的一體化傳感器單元(ISS)，通過ISS接口板接收數據并轉發至CONSOLE(顯示控制器)或連接的計算機中，其中溫濕度傳感器在白色百葉式防輻射罩內，翻斗式雨量計的翻斗在雨量筒內。各傳感器信號線均接入到ISS接口板中。ISS通過其外部所帶太陽能板供電，盒內裝有一塊3伏鋰電池，用于夜間及無日照時的供電[8]。CONSOLE顯示控制器，用來在未連接計算機單獨顯示氣象信息時的狀態。但由于當前MUSER采用計算機實時采集，因此CONSOLE并不需要配置。
1.1通信協議VantagePro中數據傳輸和命令控制使用串行通信協議，即RS232C串口通訊協議標準。RS232C串口通信協議的包含，8個數據位，1個起始位，1個停止位，無奇偶校驗位。通信協議中的波特率設置為4800比特。用RS232C串口通信協議中的DB9(9針D型串口)。VantagePro的串行端口的命令格式可以表示為下面的格式：<參數名稱—十進制數字><參數名稱—十六進制數字><參數名稱—二進制數字>這三種格式。十進制和十六進制數字可以用ASCII替換。二進制數字發送字符值。每個命令之后都要緊跟著一個換行符(\n)。
1.2數據格式VantagePro通過串口獲取氣象數據，實際傳送的氣象數據為99個字節的數據包，如表1所示，從1-99對數據包編號，提取的數據用括號給出了注釋，括號中逗號之前的內容表示字段含義，逗號之后的內容表示測量值的單位。數據包的具體格式如表1所示。
2實時氣象數據拆分與歸檔
在MUSER的應用中，將各個ISS采集的氣象因子數據直接通過RS232C串口通信協議將采集的數據傳到操作系統為LINUX的計算機，通過該接收機器上的數據請求與拆分程序將RS232C傳送的氣象因子數據包實時拆分出需要的氣象因子并歸檔到MySQL數據庫和Redis高速緩存中。同時數據合并程序自動合并同價值的數據，將最新的數據存到Redis中。系統整體結構如圖1所示。
2.1初始化串口數據的接收和歸檔以駐留程序方式運行在服務器上，圖2顯示了實時氣象數據拆分與處理的初始化流程。氣象因子的記錄器對象主要暫時存儲拆分處理后的氣象數據，氣象因子讀取器對象負責讀取數據包中記錄的特定氣象因子的測量值。由于VantagePro氣象站測量的氣象因子的值與要歸檔值的單位不一致，因此也需要氣象因子的修正器對象來對測量的原始值進行修正。
2.2數據的拆分與處理系統的初始化后，采集程序定時從串口接收數據，首先獲得采集時間并轉換為1970年到現在的秒數，并向VantagePro請求一個數據包，接著就是處理收到的氣象數據包。PC上實時氣象數據的拆分與處理的流程如圖3所示。圖3中的時間秒數的定義為從1970年1月1日0時0分0秒到此時的秒數。相鄰的兩個時間秒數之間相差60秒，即1分鐘。數據的采樣周期也是1分鐘。時間秒數用來唯一表示氣象因子的采集時間或采樣時間，同時也作為Redis存儲中可分類的集合中Score的值。
2.3氣象數據的存儲將采集的氣象數據保存到MySQL數據庫中，同時為了提高查詢速度，使用Redis作為高速緩存。MySQL數據庫中數據表的定義如表2所示。Redis是一個Key-Value存儲系統[10]。和Memcached類似，它支持存儲的value類型相對更多，包括string(字符串)、list(鏈表)、set(集合)和zset(有序集合)。Redis的功能可以理解為一個Key-Value的數據結構操作，數據都保存在內存中定期刷新到磁盤，以及提高的讀寫效率。Redis數據庫通過兩種方式可以實現數據持久化:使用快照的方式將內存中的數據不斷寫入磁盤和將操作記錄記錄在磁盤文件中。因為需要在Redis執行范圍查詢，我們使用有序集合SortedSets存儲氣象數據，集合結構中使用時間秒數作為score，氣象數據的實際值為其value值。而Key的值為氣象的統計因子，如溫度（temperature）、濕度（humidity）等。比如將2015年1月29日16時26分05秒采集的溫度的值17℃存儲到Redis的命令為：redis127.0.0.1:6379>zaddiss.temperature142252110017。
2.4拆分存儲實例在如下的氣象數據拆分與歸檔的例子中，以測量室外溫度的傳感器iss.temperature為例。其它氣象因子數據的拆分與歸檔和氣象因子（室外溫度）的處理情況類似。步驟如下：1)開始采樣時間為2015年1月29日16時26分05秒，將該時間轉換成1970年以來的時間秒數，為1422521100。2)向VantagePro發送命令LOOP1命令，請求一個99字節的數據包。接收端到氣象站響應的數據包，數據包的內容如圖5所示。3)傳感器iss.temperature的讀取器從數據包中偏移量為12的位置讀取2個字節，其十六進制值為001d。讀取器對象將001d轉換成十進制的29。4)傳感器iss.temperature的修正器將傳感器的29F修正為2.900000F，然后再將2.900000F轉換成-16.166667℃。(溫度傳感器記錄的測量值是實際測量值的10倍，其它值的倍數詳見表1)5)傳感器iss.temperature的記錄器將-16.166667℃更新到記錄器對象中。6)將傳感器的值歸檔到MySQL和Redis中。7)更新下一次采用時間，循環步驟1-7。
3氣象數據合并與快速檢索
3.1氣象數據的合并一般情況下將采集到的氣象數據處理成特定格式后直接追加到數據庫中，然而隨著時間的積累,數據庫中的記錄數會急劇增加。相應地檢索某一個時間段的天氣狀態所需的時間也會增加，不能滿足MUSER的高效數據處理的要求。由于連續時間段的天氣狀態可能相同。例如在2014-6-610:00:00到2014-6-610:00:59這一分鐘采集到的天氣狀態為晴天，而在接下來的59分鐘的時間內采集到的天氣狀態都為晴天。通常情況下是將這60條記錄全部存儲到數據庫中，然而改進的歸檔方法是合并這60條記錄為一條記錄。當檢索落在這一合并后的時間段天氣狀態時，仍然可以檢索到要檢索時間段的天氣狀態為晴天，這樣做和從60條記錄中檢索到的天氣狀態一樣都是晴天，保證了合并后的數據仍然是有效的。如果一天要歸檔的所有采集到的天氣狀態都一樣，那么采用合并方法，數據庫中存儲一條記錄就可以記錄這一天的天氣狀態。但是如果采用傳統的數據歸檔方式，記錄一天的天氣狀態就需要24*60條記錄，這樣不僅浪費了存儲空間，同時影響到檢索效率。
3.2快速檢索數據合并一定程度上可以加快檢索速度，但對于具體值的氣象采集因子，如需要在每個UVFITS文件中存儲的溫度，濕度值，是無法采用數據合并的，數據量仍非常大。為了進一步提高查詢速度，使用Redis作為高速緩存。數據查詢時首先訪問Redis，只有當Redis訪問失敗時或者在Redis中找不到數據時才訪問MySQL，并將從MySQL獲得的數據更新到Redis中。MUSER中最常用的氣象數據查詢模式是根據觀察時間查詢氣象數據，因此使用有序集合SortedSet，SortedSet是Set的一個升級版本，它在Set的基礎上增加了一個順序屬性，這一屬性在添加修改元素的時候可以指定，每次指定后，zset會自動重新按新的值調整順序。可以理解為有兩列的MySQL表，一列存儲具體的值，一列存順序，也就是氣象數據的時間。操作中key理解為zset的名字。查詢時根據觀察時間和氣象因子可以獲得該時刻的具體氣象數據。比如查詢時間2015年1月29日16時26分05秒的溫度的值，首先將該時間轉換成1970年以來的時間秒數，為1422521100，在Redis上執行如下查詢命令：redis127.0.0.1:6379>zrangebyscoretemperature1422521100+infLIMIT01這條命令的意思是在鍵值為temperature的SortedSets中查找大于時間點1422521100的第一個值。+inf在Redis中表示正無窮大。
4結論
1．1天氣在線商務營銷模式分析
1)天氣在線有償服務的對象、方式和主要內容。其有償收費項目的主要對象是企業用戶，為其提供線上瀏覽的歷史氣象資料和14天天氣預報會員服務及月、季度短期氣候預測等，服務方式包括在線服務和發送郵件2種(表1)。從產品內容上講，提供的氣象信息站點多、要素全是天氣在線網站的主要特點。2)天氣在線主要的商務模式。一種是基于氣象信息本身的專業氣象服務盈利模式，提供兩種氣象服務收費模式:注冊為會員和點擊付費(表2)。還有一種商務模式是通過加載廣告的形式，通過為客戶各類網絡廣告或贊助其網站的有關欄目的方式盈利。天氣在線在網站的每一頁上都預留了廣告位。客戶的廣告主要在網頁的第一屏顯示，其中旗幟廣告在固定廣告位(也是用戶電腦屏幕上的固定位置)上顯示。各城市預報頁面和各國(地區)及中國各省頁面都有廣告位供客戶選擇。由于人們出差旅行時容易受到天氣的影響，因此許多旅客在制定旅行計劃前都會登錄氣象網站查詢未來的天氣信息。由此天氣信息服務和商旅服務成了一條服務鏈上的上下游關系。根據對天氣在線網站廣告的分析，發現其廣告客戶主要分布在旅游(如旅館、機票和旅游線路預訂)、留學服務、醫藥、防曬用品(在紫外線預報頁面)、電子商務等行業。
1．2氣象商城與天氣在線的比較
浙江天氣網氣象商城根據收費標準開辟3種類型的氣象服務:一種是每月50～200元不等的小額支付氣象服務;二是提供在線的氣象信息查詢服務;三是根據用戶需要特別定制的行業專業氣象服務，該類型的服務采用書面合同的形式簽訂，類似傳統專業氣象服務，服務模式采用定制網頁形式。
1．2．1氣象商城的優勢
1)頁面美化度高:由于天氣在線頁面廣告較多，產品布局設計也較為雜亂，簡潔、美化程度不如氣象商城(圖1).2)服務手段多樣性強:天氣在線主要通過在線瀏覽和郵件發送兩種方式提供氣象信息服務，而氣象商城服務手段較多，除上述兩種外還包括短信、傳真、網頁定制等方式。3)具有網上支付功能:氣象商城支持網上支付，開辟了小額支付網絡氣象服務的先河。支持支付寶和銀行轉賬功能，使得用戶體驗感更強。
1．2．2氣象商城的不足
1)產品豐富度不足:與天氣在線相比，氣象商城缺乏較多基礎產品，如全球城市預報、全球站點的多要素實況數據、全球站點的歷史資料數據、亞洲主要海域的風、水溫、波高、潮汐等要素的預報。2)商務模式靈活度不夠:與天氣在線獨立的商業氣象服務經營氛圍不同，氣象商城脫胎于氣象部門，其商務經營受到更多的束縛。尤其在廣告投放方面受國家主站的控制更為嚴格。
2公眾需求對網上氣象商城產品和營銷模式的啟示
近為進一步了解公眾對網絡氣象服務的需求，通過網站、短信、發放問卷等形式，并結合中國氣象局公共氣象服務中心開展全國公眾氣象服務調查評價，對公眾滿意度評價因子和獲取氣象信息的渠道進行了重點調查，其結果對氣象商城的產品設置和營銷方式都有所啟示。
2．1氣象商城應主推準確性較高的短期預報產品和實況產品
調查中選擇公眾廣泛關注的及時性、便捷性、實用性和準確性作為評價氣象服務滿意度和重要性的評價因子。結果顯示:1)浙江省公眾對氣象服務便捷性的滿意比例最高，達73．2%，其次是氣象服務的實用性，達67．6%;對氣象服務準確性的滿意比例最低，僅為19．5%，但選擇比較滿意的比例最高，達59．6%。(圖2a)2)浙江省公眾認為天氣預報的準確性最重要，遠高于其他3項指標。但對其滿意度評價最低，滿意度僅為77．5分，明顯低于對氣象服務的總體評價。(圖2b)圖2氣象服務滿意度(a)和重要性(b)評價及對比從以上調查結果看，公眾對預報產品的準確性最為關注，但同時滿意度最低，說明現階段影響公眾對氣象服務認可度的主要因素仍然是氣象產品的準確性問題。因此在氣象商城產品設計和宣傳推廣上一方面要主推準確性較高的短期預報產品或實況產品，同時突出更新頻率、滾動預報的特點，以增強公眾粘合度。
2．2氣象商城的營銷中應充分應用現有的手機和電視資源進行推廣
在電視、廣播、網絡、手機、固定電話和其他等眾多信息傳播渠道中，55．4%的公眾希望通過網絡獲得氣象信息，低于手機的72．8%和電視的70．4%(圖3a)。相比較而言，希望通過廣播(31．4%)和固定電話(23．8%)獲取氣象信息的公眾相對較少。進一步對網絡渠道進行調查顯示，客戶端軟件和搜索引擎搜索是浙江省公眾希望通過網絡獲取氣象信息的主要類型，二者的比率分別為38．6%和38．0%，而通過氣象服務專門網站獲取氣象服務的公眾僅為24．2%(圖3b)。由此可見，手機和電視是浙江省城鄉公眾希望獲取氣象信息的最重要的渠道，但仍有超過一半的公眾希圖3公眾希望望通過網絡獲取氣象信息。超過3成的公眾通過客戶端和搜索引擎獲取氣象信息，僅有24%的公眾通過專門的氣象服務網站獲取。以上調查結論表明，現階段手機和電視仍是氣象服務的主渠道，單純的網站氣象服務影響力和覆蓋面還遠遠不夠，在氣象商城的商務模式中要盡量結合現有的手機和電視資源進行推廣。同時在氣象商城的營銷中應充分運用客戶端和搜索引擎。
3制定網上氣象商城商務營銷模式應注意的幾個問題
3．1突出行業服務特色
氣象產品以有價商品的形式進入市場，無疑面臨著各種困難和問題，特別是與公眾可以隨時隨地免費獲取的公益產品不可避免的發生沖突。因此行業氣象服務產品，必須針對不同行業對氣象的不同需求，對氣象產品進行深度開發，且要注意產品的包裝、細化，只有具有針對性、個性化的氣象服務產品以及優質服務才會擁有市場，才會實現與公共氣象服務產品的區隔，并培植客戶的粘性忠誠。
3．2力爭軟性廣告盈利
利用中國天氣網點、浙江天氣網點擊量及影響力排名，通過軟性廣告的形式為相關企業進行宣傳推廣服務:針對行業的氣象服務產品設計開發時添加氣象周邊產品企業的宣介內容或鏈接、相關企業推介排名。
3．3探索外包合作方式
氣象部門提供信源和產品，通過與專業網絡營銷公司的外包合作，推廣氣象商城，獲取利潤采取分成模式。或是直接與淘寶、京東等電子商城合作，圍繞氣象周邊產品的生產、銷售、流通等環節，尋求可能的合作盈利途徑。
4網上氣象商城營銷推廣的建議
4．1通過免費體驗吸引用戶
一段時間內向注冊用戶免費發送1～2種定制產品的信息套餐，以培養用戶通過氣象商城打包獲取氣象信息的習慣，引導顧客購買。為了維持和提高與顧客的良好關系，甚至可以提供一定的折扣或返利，提高顧客的滿意度，增強其忠誠度。
4．2通過多種手段開展網絡營銷
通過付費搜索引擎、百度新浪等問答式社區、網址導航站、論壇軟文推廣、郵件營銷等方式開展網絡營銷，進一步擴大氣象商城的知名度和影響力。
4．3通過異業合作擴大覆蓋領域
跟異業的合作可以擴大自己的推廣渠道，因為與異業合作的時候，大家的客戶是重疊的，兩者的互換合作就可以把共同的消費者聯系到一起，為促銷活動帶來一些比較好的資源，如與旅行社、旅游景點的合作等。
4．4充分利用氣象部門現有資源開展其他形式的線上推廣
1.1P2P傳輸模型在P2P傳輸模型中，各個節點所起的作用是對等的，一個節點（同一時刻）既可以是資源的提供者，也可以是資源的需求者，如圖2所示。P2P技術將各節點互相結合成一個網絡，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。
1.2P2P協議P2P技術發展至今，產生了許多不同的文件共享協議，根據拓撲結構的關系可分為4種形式。（1）以Napster為代表的中心化拓撲，所有節點的位置關系依然需要中心節點的參與，可擴展性差。（2）以Gnutella為代表的全分布式非結構化拓撲，是一種純粹的P2P網絡，網絡節點可以隨意擴展，但可靠性較差。（3）以KaZaA為代表的半分布式拓撲，具備一組超級節點提供服務，支持復雜查詢但是可維護性不高。（4）以BitTorrent為代表的全分布式結構化拓撲，自適應節點的變化，可擴展性、可維護性好。氣象寬帶網是一個結構穩定的網絡，為了在減小中心節點壓力的同時保證網絡系統的可擴展性和可維護性，最適合采用BitTorrent協議。另外，BitTorrent協議采用數據塊傳輸機制，支持斷點續傳，這種方式能夠保障數據的完整性。
1.3P2P技術的優缺點P2P技術可以充分利用氣象寬帶網MPLS－VPN的網狀結構，將中心節點分發壓力分攤到各個節點上，利用所有節點的參與實現數據從單數據源到多目標節點的共享，如圖3所示，針對國家級節點A需要向若干省級節點（至少大于1）共享數據，國家級節點會將數據拆分成若干數據包，分別傳輸給廣東、湖北、河北3個省級節點，然后這3個節點再分別進行交換傳輸直到數據包接收完整。然而，在氣象通信業務中直接使用現有的互聯網P2P軟件存在著一些不足：一是節點的可控性、可管理性差，網絡中各個節點隨時可能退出系統，共享交換的信息隨時可能被刪除或者被終止共享；二是節點間傳輸不可控，容易造成骨干網擁塞、網絡流量風暴等問題。
1.4解決方案（1）內容可靠性。為了解決傳統P2P傳輸中內容可靠性的問題，需要融合CDN網絡［8］的思想，CDN的全稱是ContentDeliveryNetwork，即內容分發網絡。其目的是通過在現有的網絡中增加一層新的網絡架構，將中心節點的內容到最接近用戶且服務能力最好的節點（即超級節點），使用戶可以從超級節點取得所需的內容，解決網絡擁塞問題，提高用戶訪問節點的響應速度。為了將P2P和CDN有機融合，設計了一種基于節點－服務器的模型（P2SP）：在一個共享網絡環境中，保證有足夠的服務能力較好的超級節點已經具備初始數據源能力，然后與所有節點進行共享。如圖4所示，當國家級節點A需要向各省提供共享數據時，首先選擇向國家級節點B和服務能力較好的北京節點進行數據拷貝，生成BitTorrent協議中的數據源，然后由這3個數據源節點同時向其他省級節點服務，各省級節點會根據實際網絡狀態選擇優先連接的節點。這樣做的好處在于解決傳統Bit－Torrent協議可靠性差的問題。（2）傳輸控制。為了解決P2P技術中節點間傳輸不可控的問題，需要在BitTorrent協議基礎上，在軟件中合理設置和調整節點間傳輸的最大上行和下行速率，避免網絡流量風暴和擁塞問題。
2應用實現
2.1功能組成基于P2P的氣象數據共享應用主要目標是實現從單一資料源節點以BitTorrent協議將資料共享給網絡中所有的節點。從邏輯上由以下幾部分構成：（1）數據服務器，保存需要共享氣象數據的一份原始拷貝，又稱為種子。該數據服務器和業務系統存在接口，實時獲取并更新種子，氣象數據可以按照指定的目錄進行存儲。每一組共享傳輸試用特定的P2P通信端口。（2）torrent文件，即種子文件，記載BitTorrent協議的相關信息。BitTorrent軟件負責制作和生成種子文件，邏輯上把將要共享的數據文件重新編排，然后按照議約定的256KB大小進行切割，最后將編排和切割后的索引信息存放入torrent文件中。（3）Web服務器，用于存放和分發種子文件。（4）Tracker服務器，保存整個P2P網絡信息的中心服務器。（5）節點客戶端，負責定時或根據需要從Web服務器下載并解析torrent文件，實現P2P方式數據的共享傳輸。節點客戶端通過與Tracker服務器以HTTP協議進行交互，能夠得知網絡中已下載完成的節點數以及正在下載的節點數，每個節點的IP地址和端口號等。節點客戶端（A）與另一個節點客戶端（B）建立TCP連接過程如下：A首先向B發送握手消息，等待B返回相同格式的握手反饋信息，達到完全握手狀態。與此同時每個節點客戶端都需要維護一張所有與自己連接節點的鏈表。
2.2應用流程基于P2SP的氣象數據共享應用流程如下。（1）中心節點源數據制作并：中心節點從邏輯上包括數據服務器、Tracker服務器和WEB服務器，中心節點需要將所有需要共享的數據組織成torrent文件并到Web服務器上，如圖5中流程①②③。（2）超級節點獲取torrent文件并獲得原始拷貝：中心節點臨近的超級節點會首先獲得種子文件和完整的共享數據從而成為超級節點。如圖5中流程④⑤。（3）所有節點參與共享：各節點客戶端會實時下載torrent文件并進行解析，然后從中心節點或超級節點下載數據片段并從其他節點獲取余下的片段，如圖5中流程⑥⑦⑧。
3業務試驗和比較
考慮到實時氣象業務的不可中斷性，不可能在全國31個省級節點實際業務環境開展大規模的試驗。針對P2SP技術在氣象業務中應用的性能評估，采用網絡仿真和小規模的比較試驗成了最佳可供選擇的測試和驗證方法。
3.1可行性模擬驗證PeerSim是意大利博洛尼亞大學開發的基于生物啟發技術的P2P模擬器［16］。PeerSim由配置管理器、網絡拓撲對象、結點對象、協議對象、動態對象、觀察對象以及模擬引擎對象等組成。PeerSim是一個模擬P2P覆蓋網絡的軟件，支持結構化和非結構化P2P網絡模擬。通過BitTorrent協議的修改和部署，實現了基于P2P的仿真試驗。使用PeerSim模擬BitTorrent協議從1個中心節點向固定的30個節點共享100000KB數據的表現情況。100000KB的文件將被拆分成391塊（390×256KB＋160KB＝100000KB），限制上傳、下載速率不超過100KB／s。在試驗的時候，為了模擬P2SP場景，隨機選取了部分節點作為超級節點。試驗結果表明，在1800s內這些數據完成了全部節點的共享拷貝。經過10次的模擬，所獲得的試驗結果相似。
3.2性能比較試驗為了評估該應用在實際業務中效率以及穩定性，搭建了一個利用中國氣象局局域網環境的試驗平臺，有針對性的開展一系列試驗。由于P2P需要多節點的參與，因此在試驗中除中心節點外至少選擇2個節點參與。現在國內通信傳輸業務比較多的使用AFD，它是一個自動的支持多協議的本地和遠程數據收發軟件，在氣象通信系統中目前使用較多的還是AFD的FTP協議。AFD支持并發傳輸，因此在進行單數據源多目標節點分發時，會通過消耗中心節點的資源獲得傳輸效率。為了使兩種應用具備可比性，通過軟件功能限制中心節點平均速率，并且AFD的傳輸并發數設置為1，P2SP傳輸應用也設置為1個TCP連接。（1）數據總量對于傳輸效率的影響。在測試中選擇文件大小為1MB至300MB的數據文件。當子節點個數為4時，兩種應用傳輸效率結果如圖6，測試次數為3次，結果取平均值。當數據量逐步增大時，在中心節點同等網絡流量條件（不超過1MB）下，當數據文件大于10MB時，P2P應用傳輸效率優于AFD應用。從理論上分析，P2P應用通過子節點之間的網絡流量消耗換取了效率的提高。在數據總量較小時，由于P2P應用還存在節點相互握手和與Tracker服務的交互訪問導致效率低于AFD應用，而當傳輸大文件時，P2P應用對提升多節點互傳的效率起到明顯的作用。（2）節點個數對于傳輸效率的影響。為了與實際業務場景更接近，進行大量小文件在不同節點數條件下的傳輸測試，選擇單個文件大小在50B～150KB的總大小約28MB的1000個小文件，這些文件被打散分布在至少3級層次的目錄中。子節點個數分別設定為2～6個，將3次測試的平均結果記錄在圖7中，可以看出：當節點個數逐步增大時，在中心節點相同網絡流量條件下（不超過30KB），AFD應用的傳輸時間成線性增長，而P2P應用隨節點增多產生了明顯的加速效應。
3.3小規模業務試用通過可行性模擬驗證和性能比較試驗，基于P2P的氣象數據共享應用可以滿足單數據源多目標節點的氣象數據共享需求，并且在不增加中心節點資源消耗的情況下隨著數據量和目標節點增加，P2P的傳輸效率也隨之提高。考慮實際業務應用效果，我們將該應用部署在氣象寬帶網的部分省級節點上開展小規模業務試用。選取北京、四川、河北、廣東、湖北、內蒙等省級節點，在MPLS－VPN網絡中使用PC服務器進行試驗，操作系統為SUSELinux，選擇實時衛星資料進行傳輸，各節點傳輸速率控制在1MB／s內，試驗結果表明，全部數據在150s內完成了176MB文件在所有省級節點的傳輸。此外，在相同的網絡環境下，我們還進行了氣候模式數據文件的傳輸試驗，模式數據量為2GB，在各節點傳輸速率控制在1MB／s內時，P2P用時20min完成了全部數據在6個省級節點的共享傳輸。而對于AFD應用，采用單線程方式，即使不限制中心節點傳輸速率，全部共享完所有數據耗時也超過了1h。利用P2P技術的一個附加好處是：不需要對共享的目錄結構進行傳輸配置，因為P2P應用將所有目錄信息都記錄在torrent文件中，接收端的目錄結構和發送端的目錄結構在默認情況下會保持一致。而AFD應用必須逐一配置指定路徑來保證資料傳輸到目標節點的對應目錄，當目錄數過大時容易導致中心節點配置錯誤。
4結論
在狹義相對論中，兩慣性系相對速度與和平行
（1）
（）為坐標系的坐標，（）為坐標系的坐標，令，，所以變換矩陣為
（2）
如果;,相對速度不變，那么
(3)
比較與
（4）
（5）
比較后知道（4）式=（5）式
（6）
二。時空觀測的定義
為了較方便地說清楚不同的觀測結果與不同坐標中長度與時間的相互比較
的關系，在字母頂部加3個指標，
如：
定義為：左邊指標為觀察目標所在的坐標系，中間指標為觀察者選擇的單
位長度與時間所在的坐標系，右邊指標為觀察者觀察時所在的坐標系。這樣有：
其中，和是固有時，與是固有長度。
三。的推導
在狹義相對論中有
(6.1)
那么，在什么條件下上式會是普適的呢？
先來考察歐幾里德幾何。對觀察者而言，在歐幾里德幾何中的二維空間的坐
標中，觀察到的單位長度，與在歐幾里德幾何中的二維空間坐標中，
觀察到的單位長度。觀察者是無法在長度方面區別和的，即
（7）
這是歐幾里德幾何的觀察者假設，也是符合經驗的假設，以前從未被指出過。
根據相對論，在四維時空坐標中，時空量表示為：
（8）
廣義相對論中的不變量原理確定了，任意四維時空坐標都有（8）式。
現在，在非歐幾里德的四維時空坐標中，推廣歐幾里德幾何的觀察者假設。
先定義一種四維時空坐標，在觀察者觀察的時間內，這個坐標內的時空度規
時間平移不變性和空間平移不變性，令ξ為坐標內時空場ξ=
ξ,(i=1,2,3,4)，表示為李（Lie）微商有
?ξgμυ=0（9）
而
（10）
如果所取的時空體積足夠小，即，那么總可以成為這種坐標。這種坐
標具有普適性。
在四維時空中,隨意取兩個這種坐標和，觀察者在坐標內所觀察到的單
位時空量和，如果觀察者不與坐標外其他坐標比較的話，他是無法在
時空量方面區分他在和坐標內觀察到的單位時空量和（觀察者在坐標內觀察時，也不能與坐標內的比較。他只能分別觀察和后，再比較和）。這是四維彎曲時空的觀察者假設。即觀察
者無法區分不同的這種坐標系的固有時間和固有長度。
這樣觀察者可以得到
（11）
令，，得：
（12）
（12.1)
由（9）式和（10）式的定義，觀察者總能認為他所在的坐標系內滿足
（13）
（14）
那么有
（6）
因
所以有相同的量綱。
所以可以，令
（15）
（16）
那么有
（15.1)
(16.1)
所以
(17)
而在上述定義的坐標系中，總有
（18）
所以（19）
這樣就有在上述定義的坐標系中，時間量平方的變化量與空間量平方的變化
量相等。這就是時空的對稱變化。可寫為
（6）
這里稱為時空對稱理論。上式的空間量是固有長度和，時間量則
不是固有時，固有時和有下列關系：
（20）
而和不符合中的任一
種時間量的微分，故
（16）
不是真實觀測值。
四。Schwarzchild解的分析
用時空對稱理論求解Schwarzchild解十分簡單，在得到后，因
（19）
可得
（15.2)
(16.1)
(13.1)
下面用廣義相對論四維時空標架求解Schwarzchild解，并比較時空對稱理
論用四維時空標架求解Schwarzchild解的辦法
（t=ict,c=1)(21)
這是靜態球對稱度規的標準形式。
在求解過程中得到
，（22）
令，得到
（23）
令，其物理意義是將絕對平直坐標系內的固有時與固有長度之間
物理條件，應用到有引力場的非慣性坐標系。
因此
（16.2)
不是真實觀測值。
而固有時與之間有
（20.1)
這樣與固有長度的度規有
（24）
又因為對觀測者而言項是觀測不到的，所以觀測到的是正交時空
坐標，這樣靜態球對稱度規的標準形式：
（t=ict,c=1)（21）
不符合要求，只有
（25）
符合要求。
計算克里斯朵夫聯絡的非零分量，其中
，，，
，。
與經典的求解Schwarzchild解的計算值一樣。
（26）
也與經典的求解Schwarzchild解的計算值一樣，也可得
，（22）
令，Schwarzchild解中的長度量，用固有長度表示有
（23.1）
用時空對稱理論求解Schwarzchild解有
（13.1）
因為項觀測不到，任何觀測坐標都是正交的。
不變，
（其中的r是遠離引力場的觀測者的觀測值，）
這樣，時空對稱理論依舊可解釋引力紅移，引力引起的光線偏折和水星近
日點進動（詳細內容在附錄中）。
這樣，用時空對稱理論和廣義相對論求得的Schwarzchild解時空物理意義
等價。
五。關于Kerr解
Kerr解中不全為0，不是真實觀測解，不能符合用四維時空的觀
察者假設推導出的時空對稱理論。
但用時空對稱理論分析自轉坐標系，也能得到Kerr解才有的單位質量的角
量a，這將在下面分析。
六。時間量和空間量
經驗告知，空間是三維的，時間是一維的。在觀測者的直接觀測中，是觀
測不到空間與時間，空間與空間的相互作用。
故假定：觀測者通過直接觀測，無法觀測到空間與時間的相互作用量。即：
(27)
除非通過計算觀測結果，方可知道空間與時間的相互作用量。
這樣，對觀測者的直接觀測而言，任何觀測四維時空的線元長度為
(13)
而項是觀測不到的。
絕對平直時空的四維時空線元
（13）
就是任何觀測者的直接觀測結果。
設有一種坐標系：
在該坐標系內任何一點觀測，光在此坐標系內的任何兩點的行走路徑，都
是直線；在坐標系內任意點的真空中光速恒定，稱為相對平直坐標系。在彎曲時
空取足夠小的時空范圍，可得到此類坐標系，這類似微分。在彎曲時空取足夠小
的時空范圍，該范圍的時空近似平直。這與上面關于直接觀測是觀測不
到項是一致的。在此坐標系內有統一的時空單位和統一的鐘和尺。
所以，此坐標系有：
（28）
[v]是指此坐標系內任意點真空中光的速度，[t]是指此坐標系內任意點的
時間。
以后本文中的坐標系都是此類坐標系。稱為相對平直坐標系。
不同的相對平直坐標系之間是"平行"的，須通過物理參數的變化，物質方
能從一個相對平直坐標系進入另一個相對平直坐標系。
（29）
（29）是時空對稱理論，即時間量平方的變化量與空間量平方的變化量相等。所
用的坐標系是相對平直坐標系。其中和不是固有時，設這兩個坐標系
固有時為和，有：
（30）
所以，這里的時間量平方與空間量平方不能理解為：
可用時間單位或空間單位的平方代替，而應理解為類似密度的一種量，稱為時
間量密度與空間量密度。時空對稱理論是指時間量密度與空間量密度的對稱變
化。
令時間量密度為，空間量密度為，
類比固有時平方的倒數，并可以替代；
類比固有長度平方，并可以替代；
（分別為固有時和固有長度）
令時空密度為，不同的相對平直坐標系有不同的時空密度，任意相對平直坐標系中有
（31）
在同一個相對平直坐標系中，類比線元，但是不可以替代。
不同的相對平直坐標系比較時空觀測值時，須使用時間量密度和空間量密
度，通過設定某一相對平直坐標系時間量密度和空間量密度為1，得到不同的相
對平直坐標系的不同時間量密度和空間量密度。然后，對不同的相對平直坐標系
換算出不同的時間量和空間量單位。
這樣時空對稱理論實際上是關于時空密度的變化的理論，可表示為：
（32）
為不同的兩個相對平直坐標系時空密度，為時空密度的變化量。
七。時空密度的變化量
在狹義相對論中
（33）
在Schwarzschild解中
（c=1）(34)
引力（35）
根據等效原理有慣性質量等于引力質量，或在局域時空內慣性力和引力不
可區分，在本文中局域時空為相對平直坐標系代替，那么在相對平直坐標系中
（36）
（37）
（38）
所以有：
（39）
在狹義相對論和Schwarzschild解中
（33）
那么，時空對稱理論中，時空密度變化量，在時，
（33）
這樣（37）
變為（40）
此積分為不定積分。
這里是能量的一種形式。用四維時空觀點看，是二階逆變二階
協變張量而不是狹義速度矢量的平方。
時空對稱理論在時表示為
（41）
為須觀測的坐標系的時空密度；為觀測者所在的坐標系的時空密度，時間密度，空間密度；是能量的一種形式。哪個坐標系絕對地得到能量，這個坐標系的時空密度絕對地改變。
八。時空對稱理論和狹義相對論
假設兩個相對平直坐標系，一個靜止，一個角速度為做圓周運動。
用時空對稱理論分析
(42)
對于角速度為的坐標系，離心力為（r為圓周半徑），
即（43）
（44）
所以，時空密度的變化量為
（45)
有（46）
對于固有時和固有長度有
（47）
用狹義相對論分析固有時和固有長度有
（48）(是速度方向）
可以看出兩理論對固有時有相同結論；對于固有長度，時空對稱理論認為
固有長度全方向改變，狹義相對論認為只是平行瞬間速度方向的固有長度
改變。
用時空對稱理論和狹義相對論分析以速度v做直線運動的坐標系也有相同
結論，只不過時空對稱理論將以速度v做直線運動的坐標系當做繞無窮遠處某
點做圓周運動。
對于邁克耳遜-莫雷實驗，狹義相對論是用慣性系中光速恒定來解釋，時空
對稱理論是用相對平直坐標系中光速不變來解釋。
九。時空對稱理論的詳細表述
假設1：設有時空坐標系
(28)
（即光速恒定,項觀測不到）
是指此坐標系內任意點光的速度，指此坐標系內任意點的固有時。
此類坐標系稱為相對平直坐標系。
假設2：任何觀測者所觀測到的真實時空坐標系都是相對平直坐標系。
不論是慣性系或非慣性系，只要坐標系足夠小，都是此類坐標系。
相對平直坐標系之間比較時空量，使用時空密度
（31）
是時間密度，是空間密度。
在任一相對平直坐標系中，觀測者處在相同的時空密度中，就有相同
的時間密度和空間密度，因而有相同的固有時和固有長度。
的大小正比于固有時流逝的快慢。
的大小正比于固有長度的長短。
時空對稱理論可表述為
(32)
為不同相對平直坐標系的時空密度。
當，有（42）
(40)
用四維時空觀點看是二階逆變二階協變張量。
時空對稱理論認為是能量的一種形式，而不是狹義的速度平方或加速
度，或二階逆變二階協變張量，上式的積分為不定積分。
當能量形式絕對的改變，時空密度絕對的改變。
十。時空對稱理論對不同坐標系之間的觀測比較
時空對稱理論對不同坐標系之間的觀測比較可簡單的分為兩種情況。其計
算結果是真實觀測值。
1。兩個相對平直坐標系,比較，有時空密度，
假設：
那么：（42）
為兩坐標系時空密度的比較
坐標系的固有時比坐標系的固有時流逝快。
坐標系的固有長度比坐標系的固有長度長。
并通過（40）
與經典的速度，引力和加速度對比，從而得到不同坐標系的固有時和固有
長度的區別。
2。設有三個坐標系，時空密度分別為，
假設
有
（32.1)
(49)
其中（,）
不論觀測者在坐標系都將得到（49）式觀測結果，觀測者在第四坐標系也將得到（49）式觀測結果，這是時空對稱理論中所得計算結果是真實觀測
值的推論，也是時空對稱理論的兩個假設的推論。
十一。關于時空對稱理論可能的實驗證實
一種是檢測高速自轉物體的半徑和厚度是否縮短？
這種情況下，狹義相對論認為只有沿速度方向的周長縮短，半徑和厚度不
變。而時空對稱理論認為周長，半徑和厚度都將縮短。半徑縮短后為
（略去以后項）（49）
項與Kerr-Newman解中的單位質量角動量項a一致。
厚度縮短后為
（50）
另外一種是一個加速運動坐標系與相對靜止的坐標系之間，在的情況下，將有時空密度的變化。
那么，當發射光譜的元素做加速運動時，將有類似引力紅移的光譜紅移現
象。
如果，是發射光譜的元素靜止，而觀測光譜的儀器和觀測者做加速運動，
將有光譜紫移現象。
除去多普勒效應，由振動頻率公式可得，光譜線發生紅移時，移動的頻率
為：（51）
是光子的固有振動頻率
很顯然，對于相對平直坐標系中的物體而言，當時，物體進入類似黑洞事件視界的另一種事件視界。
參考文獻
A.愛因斯坦相對論的意義科學出版社1961
E.G.哈里斯現論物理導論上海科學技術出版社1975
張鎮九現代相對論及黑洞物理學華中師范大學出版社1986
王仁川廣義相對論引論中國科學技術出版社1996
俞允強廣義相對論引論北京大學出版社1997
趙崢黑洞的熱性質與時空奇異性北京大學出版社1999
附錄
（用時空對稱理論解釋光子軌線的引力偏折和水星近日點進動）
廣義相對論中求質點和光子的軌道方程時，取球坐標，認為運動滿足于
,（1）
協變動量和是守恒量，有
（2）
E和L的物理意義，為觀測者所測到的質點或光子的能量和角動量。
四維速度的歸一條件有
（3）
得到質點的軌道微分方程
（4）
光子的軌道微分方程
（5）
廣義相對論用這兩個軌道微分方程解釋了光子的引力偏折和水星近日點
進動。
廣義相對論用來解釋引力紅移的方法也一樣適用于時空對稱理論。這里
就不重復了。只討論時空對稱理論解釋光子軌線的引力偏折和水星近日點進動。
因為時空對稱理論是用真實觀測值來解釋時空的理論。用它得到的Schw-
arzschild解有
（6）
（7）
固有時的關系有
（8）
固有長度的關系有
（9）
為時空密度，為時間密度，為空間密度。
按固有時和固有長度來看，觀測者在遠離引力場的坐標系，觀測引力場坐
標系有
（10）
是引力場坐標系固有時，是遠離引力場的坐標系固有時，是引力場坐標系運動平面角。這樣就有
（11）
因為兩個坐標系之間的能量，角度，角動量和長度的比較有
（12）（能量守恒）
（13）（項為零）
（14）（坐標系之間固有時和固有長度的比較）
（15）（坐標系之間固有長度的比較）
代入（11）式有
（16）
四維速度的歸一條件變為真實觀測值有
（17）
將（16）式代入（17）式有
(18)
,這就是時空對稱理論的引力場中的軌道微分方程。
能量E是遠離引力場中的觀測者觀測到引力場中的能量，為引力場坐標系與無窮遠處坐標系的能量差，數量級為略去二級小量，時空對稱理論的軌道微分方程成為相對論的質點軌道微分方程
（4）
對于光子而言，角動量，因為光子在弱引力場中走的幾乎是直線，
可以認為光子繞無窮遠處某點做圓周運動。
（4）式略去小量后，得到相對論的光子軌道微分方程
（5）
這樣，用時空對稱理論就可以解釋引力紅移，光子軌線的引力偏折和水星日
點的進動了。
參考文獻
A.愛因斯坦相對論的意義科學出版社1961
張鎮九現代相對論及黑洞物理學華中師范大學出版社1986