“天气之子”：GIS预测降雨

暴雨前夕

“叮”，听到短信声，我放下了手里的方便面桶，打开手机：（注：是8月12日也就是今天才截的图）

看到短信，身在西二旗的我心中一紧，不尽回忆起里让我回忆起了，两年前的西二旗的守望者：

回龙观的小红车，小黄车，还有如同我们终将逝去的青春一样的的“小黄车押金”。

究竟会下多大的雨呢，让我们化身“天气之子”来掌控晴雨吧！

不过细想起来，改变天气给自身带来的副作用太明显了，而预测降雨的门槛则要略低，并且毫无副作用。让我们使用ArcGIS Pro来尝试下预测降雨吧！

预测降雨

数据

如果是桌面端软件的数据，一般会提供下载链接，web系列软件的数据则是Living Atlas。如本例中，数据包含NOAA和ArcGIS Living Atlas of the World的数据。

影像数据

本例中的实时影像如下所示。
https://nowcoast.noaa.gov/arcgis/rest/services/nowcoast/sat_meteo_imagery_time/MapServer

降水数据

https://nowcoast.noaa.gov/arcgis/rest/services/nowcoast/radar_meteo_imagery_nexrad_time/MapServer
小科普：本图层通过反射降雨的雷达波数据而生成。雷达可根据所反射雷达功率的多少、信号返回雷达的时间长度以及雷达频率变化的程度来确定降雨的位置和强度。蓝色或浅绿色的区域通常表示降雨量较少，而较深的绿色、黄色、橙色和红色则表示降雨量越来越大。

飓风数据

https://livefeeds.arcgis.com/arcgis/rest/services/LiveFeeds/Hurricane_Active/MapServer

风向和风速数据

https://livefeeds.arcgis.com/arcgis/rest/services/LiveFeeds/NOAA_METAR_current_wind_speed_direction/MapServer
此图层覆盖了全世界范围（尽管并不均匀）。每个箭头或点所代表的是气象站（陆地）或气象浮标（水上）。区域的方向表示风向，而颜色表示风速。

美国州县数据

https://services.arcgis.com/qEmpZrqTBf5yoq5n/arcgis/rest/services/StateCountyBoundaries/FeatureServer/1
https://services.arcgis.com/qEmpZrqTBf5yoq5n/arcgis/rest/services/StateCountyBoundaries/FeatureServer/0

预测天气

对温度图层进行数据分析和符号化，得到地图和数据

利用风速和气压预测降雨

这个很像我之前遥感专业课考试的最后一个论述题。另外下面实验的选取模型比较简单，实际情况更加复杂，影响因素更多，例如地形，人类活动等。大家可以根据自身需要加入更多的数据和分析步骤）

首先，您需要比较当前降雨和风型来查看哪里的风可能在不久的将来导致雨云移动。然后，您将了解压力如何影响降雨并确定处于高压和低压系统的区域。

**小科普：**有低压系统存在时会出现下雨的天气现象，由于地面空气向上运动，形成地面低压，空气在向上运动过程中，到高空后空气中的水汽遇冷凝结形成降水。
在示例图像中，指向东北方向、风速为 17 千米/小时的箭头距离亚历山大约 180 千米。照此速度，降雨需要 10 多个小时的时间能够到达该城市。此外，该地区的其他站点记录到无风、风速较低或风向更偏东。降雨可能会通过城市的整个南部。

在此示例图像中，新墨西哥州中部由于缺少降雨、云层较低（深色）和大致的顺时针风向（尽管风不是以一致的顺时针方向移动）而被选为可能存在高压的区域。

在示例图像中，路易斯安那州被选为可能存在低压的区域。它不仅有强降雨和高（白色）云层，而且风大致围绕它逆时针移动。

看到这里，读过三国演义的同学可能就会联想到了，诸葛亮火烧上方谷，但是突然天降大雨，司马懿得以逃出生天。其实这个就和本文提到的气压相关了：

上方谷谷地入口窄、腹地阔，两边高、中部低，这种地形不利于空气流通。一旦谷内起火，气温开始升高，贴近地面的空气迅速受热膨胀上升，上层及周围冷空气则收缩下沉，形成强烈对流的山谷风，因此出现了狂风大作的现象。当谷底大量热气流上升到一定高度时，空气中的水汽又因气温降低而凝结成云雾，再加上柴草燃烧所产生的大量烟尘随空气上升到天空后，又为水气凝结提供了理想的凝结核，从而加速了水汽的凝聚。这些云雾中的小水滴互相碰撞合并，体积就会逐渐变大，最终导致大雨倾盆的局面，浇灭了葫芦谷的大火，司马懿才得以脱险。

这个故事也被地理老师作为经典案例，在课堂上进行讲解，来说明雨水的形成原因。当然历史老师会说，历史上并没有火烧上方谷的记载，是老罗杜撰的，所以不能成功。语文老师就会将如何利用这种“功败垂成”的桥段来写文字，刻画人物悲情的一面，吸引更多的读者。

用温度预测降雨

您已根据现有降雨、风向和气压预测降雨。但是影响降雨的因素还有很多，其中包括温度和湿度。

空气所能容纳的水蒸气量取决于它的温度（空气越热容纳的越多)。当空气中的水蒸气达到其所能容纳的最大值时，它就会饱和。水蒸气开始凝结成微小的水滴，使其脱离空气。这种凝结会产生降雨。当容纳大量水分的热风突然冷却时，就会出现饱和现象。

您的温度数据包含一个名为 Dew Point Temperature 的字段。露点温度是空气冷却至饱和所必须达到的温度。因此，露点温度是空气中水分含量的量度。如果露点温度接近空气温度，则空气的相对湿度较高并且可能很快饱和。露点与气温相差很大时，空气干燥。

要确定露点和气温接近的地点，您需要创建一个改变样式的 Arcade 表达式。您不能为子图层创建 Arcade 表达式，所以必须首先添加一个新版本的原始风速和方向图层，该图层只显示站点，而不显示浮标。

地图有两种类型的符号：false（红色）和 true（蓝色）。当气温和露点温度差大于 4 时，您创建的表达式为 false。当差值小于 4 时为 true。蓝点显示接近饱和的地区，也就是容易降水的区域。

小科普：空气所能容纳的水蒸气量取决于它的温度（空气越热容纳的越多)。当空气中的水蒸气达到其所能容纳的最大值时，它就会饱和。水蒸气开始凝结成微小的水滴，使其脱离空气。这种凝结会产生降雨。当容纳大量水分的热风突然冷却时，就会出现饱和现象。

后记

降水对文明的发展和个人的生活都有着重大的影响，像二十四节气的第2个节气，就是雨水，雨水和谷雨、小满、小雪、大雪等节气一样，都是反映降水现象的节气，是古代农耕文化对于节令的反映。古时候的人们，由于缺乏全面的理论，先进的工具和丰富的数据，只能够从生活中积累经验。但是技术发展的今天，人人都可以尝试着利用身边的数据和工具来做一回“先知”。

文章写到这里的时候，雨已经开始下了（2020年8月12日12:12:46）。唐朝的时候，袁守城推算降雨和时间点数，引出了魏征梦斩泾河龙王，唐玄奘识图西天取经。不知道，今天，诸位看完文章之后，有没有兴趣也做一些预测，引发新的故事呢？

参考

• https://zhidao.baidu.com/question/2073995653757636508.html
• https://learn.arcgis.com/zh-cn/projects/predict-weather-with-real-time-data/