時(shí)間：2023-01-09 09:57:29
導(dǎo)語：在氣象論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞:防災(zāi)減災(zāi);氣象服務(wù);農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民;探討
引言
農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民問題始終是關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的重大問題。特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受天氣、氣候影響較大,各類氣象災(zāi)害對(duì)廣大農(nóng)民生命財(cái)產(chǎn)安全和農(nóng)村社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。根據(jù)中國氣象局統(tǒng)計(jì),我國每年因各種氣象災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)5000萬公頃,受重大氣象災(zāi)害影響的人口達(dá)4億人次,造成的經(jīng)濟(jì)損失平均達(dá)2000多億元人民幣,相當(dāng)于國內(nèi)生產(chǎn)總值的1%-3%,因氣象災(zāi)害造成的人員傷亡80%在農(nóng)村。因此,了解當(dāng)前農(nóng)村氣象服務(wù)狀況,提出改善農(nóng)村氣象服務(wù)的應(yīng)對(duì)措施,對(duì)于防御和減輕氣象災(zāi)害,充分發(fā)揮氣象服務(wù)在建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村中的作用,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。這里通過分析當(dāng)前農(nóng)村氣象服務(wù)所存在的問題,并由此提出了做好農(nóng)村氣象服務(wù)的對(duì)策和建議。
1.當(dāng)前農(nóng)村氣象服務(wù)存在的主要問題
1.1氣象服務(wù)產(chǎn)品滿足不了農(nóng)村的需求。氣象服務(wù)產(chǎn)品單一,沒有針對(duì)農(nóng)村實(shí)際需求的預(yù)報(bào)產(chǎn)品,如名特優(yōu)農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)作物生育期采摘期的氣象保障服務(wù)、新品種引種的氣候論證、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的氣象服務(wù)、適應(yīng)特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃等等在農(nóng)村均還得不到;農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、突發(fā)性氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)農(nóng)民很需要,但不能及時(shí)得到;農(nóng)民要求低溫凍害、高溫干旱、臺(tái)風(fēng)暴雨等各種氣象預(yù)測預(yù)報(bào)產(chǎn)品要更及時(shí)、更準(zhǔn)確、時(shí)效性要更長,并盡可能的定點(diǎn)、定時(shí)、定量。
1.2氣象服務(wù)信息的快速傳輸渠道還沒建立。目前農(nóng)村獲取氣象信息的主要渠道有廣播電視、手機(jī)短信、氣象聲訊電話、互聯(lián)網(wǎng)等。但從調(diào)查的情況來看,農(nóng)民主動(dòng)從這些媒體獲取氣象信息仍然是少數(shù),氣象知識(shí)在農(nóng)村普及率極其低。更是農(nóng)民舍不得花錢撥打氣象聲訊電話和定制手機(jī)氣象短信。農(nóng)民喜愛的原始的有線廣播大喇叭在農(nóng)村已消失,受經(jīng)濟(jì)問題和文化問題制約因特網(wǎng)在農(nóng)村普及,除電視外其他音頻視頻媒體在農(nóng)村也沒有。目前許多地方在鄉(xiāng)鎮(zhèn)配了兼職氣象協(xié)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(duì)這些人員的氣象應(yīng)用培訓(xùn)管理也沒到位,而且畢竟人少還撐不起氣象信息傳播的重?fù)?dān)。特別是臺(tái)風(fēng)暴雨、寒潮等重大氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)還是到各級(jí)政府層層傳遞到農(nóng)村,灌輸?shù)睫r(nóng)村,但很難迅速到底到邊。更遭的是雷電、冰雹、局地突發(fā)性暴雨的發(fā)生發(fā)展往往只有幾分鐘幾小時(shí),這些突發(fā)性災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報(bào)就不可在幾分鐘內(nèi)傳遞給每位村民了。
1.3宣傳教育缺位,農(nóng)民缺乏氣象科學(xué)知識(shí)。一方面氣象科學(xué)知識(shí)沒有納入到農(nóng)民培訓(xùn)的范疇,氣象主管機(jī)構(gòu)因?yàn)楣芾眢w系和人力財(cái)力的關(guān)系,也沒有深入到農(nóng)村搞宣傳教育工作,使得能懂一些氣象科學(xué)知識(shí)的人較少。另一方面是農(nóng)村人員中文化素質(zhì)高的人都外出打工或經(jīng)商去,還有經(jīng)濟(jì)條件好的能人,不斷遷居到城市去了。留守在農(nóng)村的人員主要是老、幼、婦等。文化素質(zhì)偏低的原因,農(nóng)民解讀不了氣象信息,影響了氣象信息的科學(xué)利用。還有從事氣象工作的人員平時(shí)到農(nóng)村調(diào)查研究少,不了解農(nóng)村和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),不了解得農(nóng)村的客觀需要,在氣象服務(wù)信息中提出針對(duì)性強(qiáng)的指導(dǎo)意見少,影響氣象信息在農(nóng)村發(fā)揮的作用。
1.4農(nóng)村防雷意識(shí)淡薄,防雷裝置幾乎空白。在農(nóng)村農(nóng)民受教育程度不高,再受迷信思想深遠(yuǎn)影響,農(nóng)民常把雷電解釋為“天公發(fā)怒”,把受雷擊理解成是天意,沒有基本的防雷知識(shí),在雷雨來臨時(shí),往往跑到?jīng)]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(nóng)村農(nóng)民建房為了節(jié)省投入,也沒意識(shí)裝設(shè)防雷裝置了。農(nóng)村防雷減災(zāi)的管理工作還不到位,由于政府投入人力、財(cái)力有限,建設(shè)主管部門和氣象主管部門還深入不到農(nóng)村的防雷管理,規(guī)范的防雷技術(shù)服務(wù)還未延伸到農(nóng)村。
2.針對(duì)農(nóng)村氣象服務(wù)存在的問題,應(yīng)采取的對(duì)策和建議
2.1氣象部門要深化氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制改革和加強(qiáng)氣象人才隊(duì)伍建設(shè),不斷提高各類氣象服務(wù)產(chǎn)品的質(zhì)量和增加服務(wù)產(chǎn)品的數(shù)量。氣象部門要改變傳統(tǒng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品,提供適合農(nóng)村需求的預(yù)報(bào)產(chǎn)品不是一件輕易的事,涉及到氣象部門現(xiàn)行的體制、機(jī)制、資源配置、氣象業(yè)務(wù)服務(wù)機(jī)構(gòu)職責(zé)分工、內(nèi)部人員結(jié)構(gòu)等很多方面,需要對(duì)整個(gè)氣象運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行改革和調(diào)整。要解決這些復(fù)雜的問題,那就是要堅(jiān)定不移地深化氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制改革,培養(yǎng)和引進(jìn)相關(guān)人才努力加強(qiáng)氣象人才隊(duì)伍建設(shè)。
2.2建立與完善農(nóng)村綜合氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)。加快農(nóng)村加密自動(dòng)氣象站網(wǎng)建設(shè),以實(shí)現(xiàn)對(duì)中小尺度災(zāi)害性天氣及局地小氣候的監(jiān)測預(yù)警。增加與農(nóng)村關(guān)系密切的農(nóng)業(yè)氣象、生態(tài)氣象、大氣成分、雷電等觀測項(xiàng)目,提高遙感遙測技術(shù)在農(nóng)村氣象監(jiān)測的應(yīng)用水平,為農(nóng)村氣象服務(wù)提供必要的監(jiān)測技術(shù)手段。制定針對(duì)特色農(nóng)業(yè)進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣象、重大病蟲害氣象、生態(tài)氣象、大氣成分等方面的觀測,為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究提供基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)。建設(shè)或完善雷電監(jiān)測網(wǎng)并加強(qiáng)雷電監(jiān)測預(yù)警的科學(xué)研究。
利用多種氣象科技手段,建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)短時(shí)、短期和中期氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng),以鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)帶動(dòng)和完善農(nóng)村氣象預(yù)報(bào)預(yù)測系統(tǒng)建設(shè)。發(fā)展包含天氣、氣候、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣成分、人工影響天氣、雷電等內(nèi)容的農(nóng)村預(yù)報(bào)預(yù)測系統(tǒng)。通過完善與發(fā)展農(nóng)村氣象氣象服務(wù)系統(tǒng),制作更多的符合“三農(nóng)”氣象服務(wù)需求種、養(yǎng)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的氣象保障預(yù)報(bào)服務(wù)、新品種引種的氣候論證、特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警等產(chǎn)品,構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)村綜合氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)。
2.3采取多種手段完善農(nóng)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(tái)氣象信息一樣,及時(shí)插播農(nóng)村種養(yǎng)業(yè)的關(guān)鍵期預(yù)報(bào)、突發(fā)性的強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)、暴雨、雷電等預(yù)報(bào)。同時(shí)氣象部門積極建立好高效的信息快速分發(fā)流程,實(shí)現(xiàn)重要?dú)庀笮畔⒌谝粫r(shí)間到達(dá)農(nóng)村,有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及防御和減輕農(nóng)村氣象災(zāi)害的影響。
在農(nóng)村建設(shè)氣象預(yù)警專用系統(tǒng),可采用手機(jī)短信、氣象警報(bào)接收機(jī)和無線氣象信息電子顯示屏相結(jié)合的方式,布設(shè)24小時(shí)待機(jī)的受控高音喇叭音頻播出設(shè)備,確保信息的及時(shí)和接收。
利用手機(jī)短信和固定電話來傳播氣象信息是最便捷、服務(wù)面是最廣的。因此,要大力發(fā)展農(nóng)村手機(jī)短信訂制用戶和固定電話包月用戶,同時(shí)相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)部門也要適當(dāng)降低收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),讓更多農(nóng)民能用得起這些信息。
2.4建立農(nóng)村氣象科普教育體系。氣象主管部門要進(jìn)行多方調(diào)研,編寫適合農(nóng)村特點(diǎn)的、通俗易懂的氣象預(yù)報(bào)運(yùn)用、氣候資源利用、種養(yǎng)業(yè)氣象服務(wù)指標(biāo)、避雷防雷技術(shù)等鄉(xiāng)土教材。
啟動(dòng)氣象信息“進(jìn)村入(下轉(zhuǎn)215頁)(上接214頁)戶”工程,通過廣播、電視、報(bào)紙、互聯(lián)網(wǎng)、專題資料、墻報(bào)、手機(jī)短信、氣象聲訊電話、現(xiàn)場咨詢活動(dòng)等手段不斷加強(qiáng)氣象科普知識(shí)的宣傳;在有關(guān)涉農(nóng)培訓(xùn)基地開設(shè)氣象科技知識(shí)課程,定期地舉辦農(nóng)村氣象技術(shù)培訓(xùn)班,傳授經(jīng)濟(jì)實(shí)用的農(nóng)村適用技術(shù),培養(yǎng)鄉(xiāng)土氣象專家,從而努力提高農(nóng)民群眾科學(xué)利用氣象信息的水平。把氣象知識(shí)編寫到中小學(xué)校地方教材中,給學(xué)生發(fā)送氣象科普知識(shí),組織氣象專家到學(xué)校作科普講座,組織學(xué)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(nóng)村防雷減災(zāi)管理力度。做好農(nóng)村科學(xué)防雷宣傳教育工作外,把農(nóng)村防雷減災(zāi)納入到規(guī)范管理中,在農(nóng)房建設(shè)許可中把好防雷設(shè)計(jì)關(guān)和施工關(guān),建立農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目的防雷設(shè)計(jì)審核和施工監(jiān)督制度。對(duì)農(nóng)村的防雷狀況進(jìn)行定期普查,公布普查結(jié)果。特別是對(duì)農(nóng)村企業(yè)、公共建筑、學(xué)校的防雷隱患,要分類指導(dǎo),督促整改到位。
2.6充分發(fā)揮政府在農(nóng)村氣象服務(wù)中的主導(dǎo)作用。從維護(hù)社會(huì)公共安全的高度,各級(jí)政府要完善管理機(jī)制,支持氣象部門為農(nóng)村服務(wù)而進(jìn)行的業(yè)務(wù)體制改革、人才隊(duì)伍建設(shè)、現(xiàn)代化裝備建設(shè),協(xié)調(diào)氣象、建設(shè)、信息產(chǎn)業(yè)、廣播電視等部門,規(guī)范農(nóng)村防災(zāi)減災(zāi)防工作。制定農(nóng)村氣象防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案,投入資金完善農(nóng)村氣象信息傳播渠道、氣象觀測網(wǎng)建設(shè),投入資金完善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、公共場所的防雷措施和規(guī)范農(nóng)村防雷減災(zāi)管理。
各級(jí)政府要重視氣候資源的應(yīng)用開發(fā),推廣太陽能的利用,進(jìn)行風(fēng)能資源、光溫資源等的調(diào)查,做好特色農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃評(píng)價(jià)和成果推廣、落實(shí)氣象科普宣傳、對(duì)農(nóng)民進(jìn)行氣象科技知識(shí)培訓(xùn)等工作。
要落實(shí)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象分管領(lǐng)導(dǎo),真正落實(shí)專職兼職氣象協(xié)理員,建立農(nóng)村兼職氣象服務(wù)隊(duì)伍。確實(shí)解決這些人兼職人員的待遇地位問題。
3.結(jié)語
加強(qiáng)和完善農(nóng)村氣象服務(wù)是一項(xiàng)社會(huì)綜合工程,也是今后一個(gè)時(shí)期氣象服務(wù)工作的重點(diǎn)、難點(diǎn)和焦點(diǎn),做好這項(xiàng)工作,取決于廣大農(nóng)民防災(zāi)減災(zāi)趨利避害的自覺程度,取決于氣象部門科研開發(fā)和服務(wù)的主動(dòng)性,取決于相關(guān)部門的相互配合,取決于各級(jí)政府在農(nóng)村氣象服務(wù)中的主導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn):
論文摘要選擇適當(dāng)?shù)臍庀髼l件噴施農(nóng)藥，在生產(chǎn)實(shí)踐中尤為重要。指出在噴施農(nóng)藥時(shí)，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(fēng)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(guān)系。采用農(nóng)藥防除病、蟲及雜草，是植物保護(hù)的有力武器，是保障農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。而在選用農(nóng)藥種類、使用方法、避免對(duì)作物、人、畜的危害和發(fā)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(nóng)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(huì)縮短。因而，選擇適當(dāng)?shù)臍庀髼l件噴施農(nóng)藥，在生產(chǎn)實(shí)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(wěn)定性，在一定溫度范圍內(nèi)，較高的氣溫會(huì)增強(qiáng)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(huì)降低。一般來說，當(dāng)氣溫在20~30℃范圍內(nèi)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(dāng)氣溫超過35℃時(shí)，由于高溫會(huì)促進(jìn)藥物分解而降低藥效的持久性，同時(shí)在噴施藥液時(shí)，噴出的霧滴水分在高溫下也易揮發(fā)，導(dǎo)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(fā)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(shí)以前和下午4時(shí)以后進(jìn)行，避免在中午高溫條件下施藥。
2選擇適宜的濕度
濕度對(duì)農(nóng)藥的影響主要體現(xiàn)在對(duì)農(nóng)藥劑型的影響上。對(duì)大多數(shù)乳劑農(nóng)藥而言，由于濕度大，會(huì)相對(duì)降低其濃度，加大藥液流失，從而降低藥效；但對(duì)有的撒施粉劑農(nóng)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(nóng)藥宜在晨昏植株露水未干時(shí)進(jìn)行噴撒，以利藥粉粘附在葉片上而不被風(fēng)抖落；噴霧宜選晴天無露水時(shí)進(jìn)行，以免稀釋藥液，降低藥效；噴粉、噴霧后遇到降水，常會(huì)沖失藥劑或沖淡濃度，需要重新噴藥。空氣潮濕會(huì)使藥劑揮發(fā)能力減弱；土壤的干濕，對(duì)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(jī)會(huì)，從而提高防效。
3避免降水天氣用藥
下雨天噴施農(nóng)藥，藥劑易被雨水沖刷而流失，導(dǎo)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(shí)噴施農(nóng)藥。但如果雨季正逢害蟲防治適期，不能過多推延噴藥時(shí)間的情況下，也可采取以下措施，提高防效。
（1）在農(nóng)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(nóng)藥的黏附力。
（2）選用內(nèi)吸性強(qiáng)的農(nóng)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(nóng)藥有效成分被作物吸收；4h以后再下雨則對(duì)藥效影響不大。
（3）選擇速效性農(nóng)藥（如速滅威），在噴藥后短時(shí)間內(nèi)就產(chǎn)生藥效。
（4）選擇粉劑農(nóng)藥。尤其是在大霧、露水重的情況下，噴施粉劑農(nóng)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(xì)，易被作物吸收，可減少流失。
4巧借風(fēng)力
噴藥宜選擇無風(fēng)天氣，有風(fēng)會(huì)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(nóng)藥，更應(yīng)注意風(fēng)向及風(fēng)速的變化，以免產(chǎn)生藥害，發(fā)生人、畜中毒事故。大風(fēng)能促進(jìn)藥劑的揮發(fā)和散失，造成藥劑浪費(fèi)，同時(shí)易導(dǎo)致藥液四處亂飛，增加空氣污染，導(dǎo)致人畜農(nóng)藥中毒事故。因此，大風(fēng)天氣時(shí)不宜噴施，以靜風(fēng)或微風(fēng)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(wěn)，是噴藥的最佳時(shí)機(jī)。同時(shí)，還可利用風(fēng)向噴施農(nóng)藥，操作人員應(yīng)順風(fēng)前行或背風(fēng)倒退，這樣才使藥劑準(zhǔn)確地噴灑到位，且對(duì)人體安全。
5合理利用光照
強(qiáng)烈的光照能加快藥劑的揮發(fā)與分解，使藥效期縮短且在強(qiáng)光下，作物新陳代謝旺盛，氣孔張開，農(nóng)藥容易對(duì)作物產(chǎn)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(nóng)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(dāng)它們處于采食狀態(tài)時(shí)，才有受藥的可能性，故強(qiáng)光照下不利于噴施防治此類害蟲的農(nóng)藥，宜選擇在陰天或晴天傍晚施藥。
總之，影響農(nóng)田施藥效果好壞的因素是多方面的，主要表現(xiàn)在病蟲的生理特性和農(nóng)藥的理化特性方面。施藥時(shí)除要做到“對(duì)癥、適時(shí)、恰當(dāng)、安全”外，還要考慮天氣與施藥之間的關(guān)系，根據(jù)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(jī)》二書，收集了許多有關(guān)天氣的經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)識(shí)，其中的天氣諺語集中體現(xiàn)了古代勞動(dòng)人民的智慧。這些諺語來自生活實(shí)踐，因難免受封建迷信思想的影響，不少諺語有不科學(xué)之處。到了明末，我國的氣象事業(yè)有了一定的發(fā)展。但人們對(duì)于氣象的認(rèn)識(shí)較為分散，而且也局限于知識(shí)分子階層，沒有普及到群眾中去。《天經(jīng)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(guān)知識(shí)，其中也涉及到氣象知識(shí)，通俗易懂，是中國氣象學(xué)的啟蒙之作。
二、《天經(jīng)或問》中的氣象學(xué)知識(shí)
《天經(jīng)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(biāo)題：天體，地體，黃赤道，南北極，子午規(guī)，地平規(guī)，太陽，太陰，日食，交食，朔望弦晦等；卷三有問答25條，各有標(biāo)題：歲差，經(jīng)星名位，恒星多寡，大星位分，太陽出入赤道度分，經(jīng)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(biāo)題：分野，年月，歷法，霄霞，風(fēng)云雨露霧霜，雪霰，雹，雷電，霾，慧孛，虹，日月暈，日月重見，風(fēng)雨徵等。游藝結(jié)合中西科技成果，撰成通俗讀物《天經(jīng)或問》一書，很有獨(dú)特見解，被收入《四庫全書》，并流傳日本，多次翻印發(fā)行。《四庫全書》總纂紀(jì)昀評(píng)述這部書：凡天地氣象、日月星辰之運(yùn)行，月盈日蝕的道理，以及風(fēng)云、雷電、雨露、霜霧、云霓的變化，都設(shè)有問答，明其所以然，條理清晰，通俗易懂；至于星占應(yīng)驗(yàn)之術(shù)，則摒棄不談。
（一）各類天氣現(xiàn)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(shí)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(shì)，故云足甚廣；二時(shí)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(shì)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(jié)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(jié)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(duì)雹進(jìn)行解釋時(shí)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(duì)“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(duì)“三際說”作更為深入的分析。作為最早將西方中世紀(jì)氣象知識(shí)與理論介紹到中國的氣象學(xué)專著，《空際格致》對(duì)大氣分層學(xué)說進(jìn)行了相對(duì)全面地闡述。依據(jù)《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(fā)暖，故氣亦暖；中域上遠(yuǎn)于天，下遠(yuǎn)于地，則寒。”高一志將大氣分為上域、中域和下域，三域的特點(diǎn)分別是熱、寒、暖。此處所說的下域，和我們今天氣象學(xué)里面的對(duì)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(fā)暖”，太陽輻射中的一部分被地面所吸收，所以高一志認(rèn)為被吸收的太陽輻射足以使下域“發(fā)暖”。“上域近火，近火常熱”，高一志的“上域”和現(xiàn)在的“熱層”相類似，由于太陽輻射中的強(qiáng)紫外輻射的光化學(xué)分解和電離反應(yīng)，使得這一層的溫度隨高度的增加而迅速升高。“中域上遠(yuǎn)于天，下遠(yuǎn)于地，則寒”，“中域”相當(dāng)于現(xiàn)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(chǔ)上，對(duì)雹作出了進(jìn)一步解釋。冬天的時(shí)候，這些氣體繼續(xù)上升，但是十分緩慢，力量也比較薄弱，只能依靠大地上性質(zhì)相同的云，此時(shí)的云范圍較為廣泛；夏天的時(shí)候，氣體越積越濃厚，繼續(xù)上升，力量較強(qiáng)，直達(dá)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(dāng)氣體進(jìn)入極冷之際時(shí)，會(huì)驟然凝結(jié)成雹。雹體積的大小，與進(jìn)入冷際的深淺、云的厚薄程度息息相關(guān)。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(jié)而成當(dāng)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(xiàn)代氣象學(xué)上認(rèn)為冰雹來自對(duì)流特別旺盛的對(duì)流云中。云中的上升氣流要比一般雷雨云強(qiáng)，小冰雹是在對(duì)流云內(nèi)由小雹體上下數(shù)次和極冷水滴碰撞而增長起來的，當(dāng)云中的上升氣流支托不住時(shí)就下降到地面。大冰雹是在具有一支很強(qiáng)的斜升氣流、液態(tài)水的含量很充沛的雷暴云中產(chǎn)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(jīng)或問》中還涉及到很多大氣光象。如：①霄霞依據(jù)《天經(jīng)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(dú)不關(guān)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(yuǎn)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(rèn)為“霞”是由于云受太陽光照射虛實(shí)相交后而形成了五顏六色的光象，這與現(xiàn)代氣象學(xué)對(duì)“霞”的解釋極為相似，都認(rèn)為“霞是由于大氣對(duì)日光的散射作用而產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象。”當(dāng)陽光透過厚厚的大氣層時(shí)，被大量的大氣分子散射。當(dāng)空中的水汽、雜質(zhì)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(shí)有紅白之氣圍抱成環(huán)，謂之日暈，此暈是何？曰：暈?zāi)丝罩兄畾庵北迫赵轮鈬С森h(huán)，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(shí)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(fā)生了折射或反射，便在太陽或者月亮周圍產(chǎn)生彩色光環(huán)。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(xiàn)象有相似之處。《空際格致》中提到“太陽行時(shí),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(duì)鏡者必生像于鏡內(nèi)，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(shí)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(xué)的人，讀過之后也是一目了然，清楚明白。
（三）風(fēng)雨預(yù)測
“問：日月暈與重出皆雨征也。然暈與重不常見而風(fēng)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(fù)擁者，雨征也；晨起氣昏者，雨征也……日出時(shí)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(xiàn)象來預(yù)測天氣。游藝在《天經(jīng)或問》中也對(duì)其中的一部分進(jìn)行了總結(jié)，并做了簡單扼要的解釋，便于理解。
三、影響
為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，全墾區(qū)從上到下，每個(gè)農(nóng)場都建立了農(nóng)業(yè)氣象機(jī)構(gòu)，配備專職的農(nóng)業(yè)氣象工作人員，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。能夠及時(shí)主動(dòng)提供當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的公益性氣象信息服務(wù)。建立了以基層農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者為主體的社會(huì)制度，對(duì)屬于公共服務(wù)范疇內(nèi)的信息，采取各種手段保證電視、廣播、報(bào)紙等公眾媒體開辟農(nóng)村氣象信息專欄，方便農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者能隨時(shí)隨地收聽收看到最新的氣象信息。
二、健全農(nóng)村氣象信息的措施
氣象工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)在于為社會(huì)提供公共產(chǎn)品和服務(wù)，氣象部門必須以需求為導(dǎo)向，以滿足服務(wù)對(duì)象的要求為目標(biāo)，不斷拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域，積極做好以農(nóng)業(yè)為主的綜合信息服務(wù),具體包括以下幾個(gè)方面：
（一）依靠科技發(fā)展和管理水平，提高基層氣象信息的質(zhì)量
計(jì)算機(jī)相關(guān)信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值預(yù)報(bào)模式分辨率提高，天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率有明顯改善，24小時(shí)的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到了90%。但日常的降水預(yù)報(bào)、氣象要素預(yù)報(bào)和臺(tái)風(fēng)等重大災(zāi)害性天氣的定量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率還較低。因此：一是要依靠氣象現(xiàn)代化化建設(shè)，深入研究天氣和氣候的機(jī)理，開發(fā)新一代天氣數(shù)值預(yù)報(bào)模式，輸出更精細(xì)的可釋用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。二是加強(qiáng)基層氣象臺(tái)站的管理水平和業(yè)務(wù)能力建設(shè)，提高天氣預(yù)報(bào)員的職業(yè)道德素質(zhì)和業(yè)務(wù)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量預(yù)報(bào)，提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。
（二）采用多種渠道，及時(shí)提供農(nóng)業(yè)氣象信息
[論文摘要]近幾年來，隨著氣象信息對(duì)人們生產(chǎn)、生活作用的不斷加大，它的安全也備受關(guān)注。從氣象網(wǎng)絡(luò)的概念、安全的必要性出發(fā)，逐一探討了氣象網(wǎng)絡(luò)安全存在的問題，以及相關(guān)的解決措施。
一、氣象網(wǎng)絡(luò)的概念及其結(jié)構(gòu)形式
氣象網(wǎng)絡(luò)，簡而言之，指的是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于氣象領(lǐng)域，使氣象信息網(wǎng)絡(luò)化，信息化，方便人們的使用。目前，氣象網(wǎng)絡(luò)按照不同的安全等級(jí)劃分成三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式：（1）內(nèi)部局域網(wǎng)（含機(jī)要內(nèi)網(wǎng)），此網(wǎng)要求安全等級(jí)極高，各個(gè)部門的計(jì)算機(jī)均在此網(wǎng)上；（2）通過數(shù)字專線與相關(guān)政府職能機(jī)構(gòu)構(gòu)成的政務(wù)專網(wǎng)，通過不同授權(quán)等級(jí)共享各級(jí)數(shù)據(jù)資源；（3）公眾互聯(lián)網(wǎng)，通過電信寬帶接入氣象網(wǎng)站，供廣大用戶瀏覽。現(xiàn)代社會(huì)氣象信息的大量應(yīng)用，越來越彰顯其重要性，然而與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也給氣象信息安全帶來了大量的潛在隱患，因此，加強(qiáng)氣象網(wǎng)絡(luò)的安全性就非常有必要。
（一）氣象技術(shù)的保障需求。當(dāng)前，隨著氣象業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，氣象應(yīng)用系統(tǒng)越來越多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴程度越來越強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)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(gè)地方都面臨著干旱、洪澇、雨雪、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害，氣象技術(shù)的觀測、預(yù)報(bào)功能是人們預(yù)防自然災(zāi)害最有利的工具，而病毒、非法侵入系統(tǒng)等不法行為肯定會(huì)影響到氣象技術(shù)的發(fā)揮，因此，保障氣象網(wǎng)絡(luò)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(shù)，必須針對(duì)氣象網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況，采用綜合的策略，從物理環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)邊界、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用、安全管理等多方面構(gòu)筑一個(gè)完整的安全體系。
（二）氣象網(wǎng)站的安全需要。全國各級(jí)氣象網(wǎng)站是公眾了解氣象政務(wù)、天氣預(yù)報(bào)等信息的重要媒體，通過這一媒介，人們可以根據(jù)未來的氣象資料，預(yù)先安排自己的生產(chǎn)生活。當(dāng)前世界聯(lián)系日益緊密，任何因素的波動(dòng)都可能造成無法估量的損失，因此，人們從氣象網(wǎng)站中及時(shí)獲取有價(jià)值的信息，對(duì)于他們來說，是非常重要的。但由于互聯(lián)網(wǎng)的安全性較低，隨時(shí)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(wǎng)絡(luò)安全存在的問題
其實(shí)影響氣象網(wǎng)絡(luò)安全的因素有很多，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述：
（一）氣象網(wǎng)絡(luò)管理缺陷。由于全國各級(jí)氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在管理制度上普遍存在缺陷，有些基層站沒有專職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理人員，再加上某些基層氣象職工計(jì)算機(jī)水平較低，機(jī)房設(shè)備較差，對(duì)氣象網(wǎng)絡(luò)的安全極為不利。其不安全因素主要表現(xiàn)在：
（1）人為的非法操作。在某些基層氣象站閑雜人員擅自進(jìn)入機(jī)房的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)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(shí)差，隨意的光盤、磁盤放入，有意無意將黑客裝入，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)埋下不安全隱患。
（2）管理制度不完善。本應(yīng)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(jìn)行操作，甚至告訴密碼，致使其他人可以任意進(jìn)行各種操作，隨意打開數(shù)據(jù)庫，造成有意無意的數(shù)據(jù)丟失，有的甚至在與Internet連接的情況下，將數(shù)據(jù)庫暴露，為黑客入侵創(chuàng)造條件；有的人將密碼隨意泄露給別人。
（3）相關(guān)工作人員的失職。氣象部門工作人員的職責(zé)不到位，，在Internet上亂發(fā)信息，為修改文件破壞了硬件，對(duì)“垃圾文件”不及時(shí)清除，造成數(shù)據(jù)庫不完整，資料不準(zhǔn)確。
（二）病毒侵入。目前，氣象網(wǎng)絡(luò)安全面臨的最大危險(xiǎn)就是病毒的侵入。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中，各種各樣的病毒已經(jīng)不計(jì)其數(shù)，并且日有更新，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)都有被攻擊的可能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒充分利用操作系統(tǒng)本身的各種安全漏洞和隱患，并對(duì)搭建的氣象網(wǎng)關(guān)防護(hù)體系見縫插針，借助多種安全產(chǎn)品在安裝、配置、更新、管理過程中的時(shí)間差，發(fā)起攻擊；有時(shí)黑客會(huì)有意釋放病毒來破壞數(shù)據(jù)，而大部分病毒是在不經(jīng)意之間被擴(kuò)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(huì)讓氣象網(wǎng)絡(luò)染上病毒。
三、解決對(duì)策
（一）嚴(yán)格的安全管理制度。面對(duì)氣象信息網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性，一方面要采用技術(shù)方面的策略外，另一方面還應(yīng)重視管理方面的安全，注重安全管理制度的加強(qiáng)。針對(duì)安全管理的復(fù)雜度，重要的是建立一套完整可行的安全政策，切實(shí)管理和實(shí)施這些政策。我們需要從以下幾個(gè)方面入手：
（1）首先加強(qiáng)人員的安全意識(shí)，定期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)；其次，制定安全操作流程，有明確、嚴(yán)格的安全管理制度。再次，責(zé)權(quán)明確，加強(qiáng)安全審計(jì)，詳細(xì)記錄網(wǎng)絡(luò)各種訪問行為，進(jìn)而從中發(fā)現(xiàn)非法的活動(dòng)。
（2）構(gòu)建安全管理平臺(tái)。從技術(shù)上組成氣象安全管理子網(wǎng)，安裝集中統(tǒng)一的安全管理軟件，如病毒軟件管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備統(tǒng)管理軟件。定期對(duì)安全策略的合理性和有效性進(jìn)行核實(shí)，對(duì)于氣象網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，應(yīng)先進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，適時(shí)修改安全策略。
（二）防范各種非法軟件攻擊和入侵。網(wǎng)絡(luò)的存在必然會(huì)帶來病毒攻擊和入侵發(fā)生。病毒的攻擊，一方面來自外部，由于應(yīng)用系統(tǒng)本身的缺陷，防火墻或路由器的錯(cuò)誤配置，導(dǎo)致非法攻擊輕而易舉的進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，造成氣象業(yè)務(wù)中斷，數(shù)據(jù)的竊取和篡改等；另一方面的攻擊來自于內(nèi)部，內(nèi)部員工的無意或者惡意的攻擊，也會(huì)給網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。超級(jí)秘書網(wǎng)
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(fēng)險(xiǎn)，但防火墻不是萬無一失的，因此，作為防火墻的必要補(bǔ)充的入侵檢測系統(tǒng)（IDS），是第二道安全閘門，在全國各級(jí)氣象網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)配置IDS，可監(jiān)視信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行，從中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中違反安全策略的行為和被攻擊的跡象，監(jiān)控用戶的行為，對(duì)所有的訪問跟蹤，形成日志，為系統(tǒng)的恢復(fù)和追查攻擊提供基本數(shù)據(jù)。在各級(jí)建立IDS可以實(shí)時(shí)對(duì)關(guān)鍵服務(wù)器和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)入侵行為，違規(guī)操作進(jìn)行預(yù)警與響應(yīng)，并通過與防火墻聯(lián)動(dòng)有效阻止來自內(nèi)部和透過防火墻的攻擊行為。
（三）病毒防護(hù)策略。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)病毒的防范是氣象網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。目前，氣象網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面廣，病毒的危害也越來越大，加之傳統(tǒng)的單機(jī)殺毒已無法滿足需求，因此急需一個(gè)完善的病毒防護(hù)體系，負(fù)責(zé)病毒軟件的自動(dòng)分發(fā)、自動(dòng)升級(jí)、集中配置和管理、統(tǒng)一事件和告警處理、保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)病毒防護(hù)體系的一致性和完整性。
主要的防范措施是建設(shè)覆蓋全國各級(jí)氣象信息網(wǎng)絡(luò)病毒防護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的統(tǒng)一升級(jí)、查殺、管理，防止病毒的交叉感染。包括網(wǎng)關(guān)級(jí)病毒防護(hù)，針對(duì)通過Internet出口的流量，進(jìn)行病毒掃描，對(duì)郵件、Web瀏覽、FTP下載進(jìn)行病毒過濾，服務(wù)器病毒防護(hù)，桌面病毒防護(hù)，對(duì)所有客戶端防病毒軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理等。
參考文獻(xiàn)：
[1]張劍平等，《地理信息系統(tǒng)與MapInfo應(yīng)用》.科學(xué)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(wù)、面向移動(dòng)服務(wù)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(wěn)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(hào)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(hào)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(nèi)外天文領(lǐng)域應(yīng)用得較廣的全自動(dòng)氣象站之一，在遠(yuǎn)程自主觀測等方面應(yīng)用較廣。VantagePro可以測量空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)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(kuò)展對(duì)土壤溫度、土壤濕度及葉面濕度等氣象要素進(jìn)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(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至CONSOLE(顯示控制器)或連接的計(jì)算機(jī)中，其中溫濕度傳感器在白色百葉式防輻射罩內(nèi)，翻斗式雨量計(jì)的翻斗在雨量筒內(nèi)。各傳感器信號(hào)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(nèi)裝有一塊3伏鋰電池，用于夜間及無日照時(shí)的供電[8]。CONSOLE顯示控制器，用來在未連接計(jì)算機(jī)單獨(dú)顯示氣象信息時(shí)的狀態(tài)。但由于當(dāng)前MUSER采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集，因此CONSOLE并不需要配置。
1.1通信協(xié)議VantagePro中數(shù)據(jù)傳輸和命令控制使用串行通信協(xié)議，即RS232C串口通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。RS232C串口通信協(xié)議的包含，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位。通信協(xié)議中的波特率設(shè)置為4800比特。用RS232C串口通信協(xié)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(shù)名稱—十進(jìn)制數(shù)字><參數(shù)名稱—十六進(jìn)制數(shù)字><參數(shù)名稱—二進(jìn)制數(shù)字>這三種格式。十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)字可以用ASCII替換。二進(jìn)制數(shù)字發(fā)送字符值。每個(gè)命令之后都要緊跟著一個(gè)換行符(\n)。
1.2數(shù)據(jù)格式VantagePro通過串口獲取氣象數(shù)據(jù)，實(shí)際傳送的氣象數(shù)據(jù)為99個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包，如表1所示，從1-99對(duì)數(shù)據(jù)包編號(hào)，提取的數(shù)據(jù)用括號(hào)給出了注釋，括號(hào)中逗號(hào)之前的內(nèi)容表示字段含義，逗號(hào)之后的內(nèi)容表示測量值的單位。數(shù)據(jù)包的具體格式如表1所示。
2實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)拆分與歸檔
在MUSER的應(yīng)用中，將各個(gè)ISS采集的氣象因子數(shù)據(jù)直接通過RS232C串口通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳到操作系統(tǒng)為LINUX的計(jì)算機(jī)，通過該接收機(jī)器上的數(shù)據(jù)請(qǐng)求與拆分程序?qū)S232C傳送的氣象因子數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)拆分出需要的氣象因子并歸檔到MySQL數(shù)據(jù)庫和Redis高速緩存中。同時(shí)數(shù)據(jù)合并程序自動(dòng)合并同價(jià)值的數(shù)據(jù)，將最新的數(shù)據(jù)存到Redis中。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1初始化串口數(shù)據(jù)的接收和歸檔以駐留程序方式運(yùn)行在服務(wù)器上，圖2顯示了實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)拆分與處理的初始化流程。氣象因子的記錄器對(duì)象主要暫時(shí)存儲(chǔ)拆分處理后的氣象數(shù)據(jù)，氣象因子讀取器對(duì)象負(fù)責(zé)讀取數(shù)據(jù)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?dú)w檔值的單位不一致，因此也需要?dú)庀笠蜃拥男拚鲗?duì)象來對(duì)測量的原始值進(jìn)行修正。
2.2數(shù)據(jù)的拆分與處理系統(tǒng)的初始化后，采集程序定時(shí)從串口接收數(shù)據(jù)，首先獲得采集時(shí)間并轉(zhuǎn)換為1970年到現(xiàn)在的秒數(shù)，并向VantagePro請(qǐng)求一個(gè)數(shù)據(jù)包，接著就是處理收到的氣象數(shù)據(jù)包。PC上實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)的拆分與處理的流程如圖3所示。圖3中的時(shí)間秒數(shù)的定義為從1970年1月1日0時(shí)0分0秒到此時(shí)的秒數(shù)。相鄰的兩個(gè)時(shí)間秒數(shù)之間相差60秒，即1分鐘。數(shù)據(jù)的采樣周期也是1分鐘。時(shí)間秒數(shù)用來唯一表示氣象因子的采集時(shí)間或采樣時(shí)間，同時(shí)也作為Redis存儲(chǔ)中可分類的集合中Score的值。
2.3氣象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)將采集的氣象數(shù)據(jù)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)為了提高查詢速度，使用Redis作為高速緩存。MySQL數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的定義如表2所示。Redis是一個(gè)Key-Value存儲(chǔ)系統(tǒng)[10]。和Memcached類似，它支持存儲(chǔ)的value類型相對(duì)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(gè)Key-Value的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作，數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)存中定期刷新到磁盤，以及提高的讀寫效率。Redis數(shù)據(jù)庫通過兩種方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化:使用快照的方式將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不斷寫入磁盤和將操作記錄記錄在磁盤文件中。因?yàn)樾枰赗edis執(zhí)行范圍查詢，我們使用有序集合SortedSets存儲(chǔ)氣象數(shù)據(jù)，集合結(jié)構(gòu)中使用時(shí)間秒數(shù)作為score，氣象數(shù)據(jù)的實(shí)際值為其value值。而Key的值為氣象的統(tǒng)計(jì)因子，如溫度（temperature）、濕度（humidity）等。比如將2015年1月29日16時(shí)26分05秒采集的溫度的值17℃存儲(chǔ)到Redis的命令為：redis127.0.0.1:6379>zaddiss.temperature142252110017。
2.4拆分存儲(chǔ)實(shí)例在如下的氣象數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shí)間為2015年1月29日16時(shí)26分05秒，將該時(shí)間轉(zhuǎn)換成1970年以來的時(shí)間秒數(shù)，為1422521100。2)向VantagePro發(fā)送命令LOOP1命令，請(qǐng)求一個(gè)99字節(jié)的數(shù)據(jù)包。接收端到氣象站響應(yīng)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容如圖5所示。3)傳感器iss.temperature的讀取器從數(shù)據(jù)包中偏移量為12的位置讀取2個(gè)字節(jié)，其十六進(jìn)制值為001d。讀取器對(duì)象將001d轉(zhuǎn)換成十進(jìn)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(zhuǎn)換成-16.166667℃。(溫度傳感器記錄的測量值是實(shí)際測量值的10倍，其它值的倍數(shù)詳見表1)5)傳感器iss.temperature的記錄器將-16.166667℃更新到記錄器對(duì)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(shí)間，循環(huán)步驟1-7。
3氣象數(shù)據(jù)合并與快速檢索
3.1氣象數(shù)據(jù)的合并一般情況下將采集到的氣象數(shù)據(jù)處理成特定格式后直接追加到數(shù)據(jù)庫中，然而隨著時(shí)間的積累,數(shù)據(jù)庫中的記錄數(shù)會(huì)急劇增加。相應(yīng)地檢索某一個(gè)時(shí)間段的天氣狀態(tài)所需的時(shí)間也會(huì)增加，不能滿足MUSER的高效數(shù)據(jù)處理的要求。由于連續(xù)時(shí)間段的天氣狀態(tài)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(tài)為晴天，而在接下來的59分鐘的時(shí)間內(nèi)采集到的天氣狀態(tài)都為晴天。通常情況下是將這60條記錄全部存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，然而改進(jìn)的歸檔方法是合并這60條記錄為一條記錄。當(dāng)檢索落在這一合并后的時(shí)間段天氣狀態(tài)時(shí)，仍然可以檢索到要檢索時(shí)間段的天氣狀態(tài)為晴天，這樣做和從60條記錄中檢索到的天氣狀態(tài)一樣都是晴天，保證了合并后的數(shù)據(jù)仍然是有效的。如果一天要?dú)w檔的所有采集到的天氣狀態(tài)都一樣，那么采用合并方法，數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)一條記錄就可以記錄這一天的天氣狀態(tài)。但是如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)歸檔方式，記錄一天的天氣狀態(tài)就需要24*60條記錄，這樣不僅浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間，同時(shí)影響到檢索效率。
3.2快速檢索數(shù)據(jù)合并一定程度上可以加快檢索速度，但對(duì)于具體值的氣象采集因子，如需要在每個(gè)UVFITS文件中存儲(chǔ)的溫度，濕度值，是無法采用數(shù)據(jù)合并的，數(shù)據(jù)量仍非常大。為了進(jìn)一步提高查詢速度，使用Redis作為高速緩存。數(shù)據(jù)查詢時(shí)首先訪問Redis，只有當(dāng)Redis訪問失敗時(shí)或者在Redis中找不到數(shù)據(jù)時(shí)才訪問MySQL，并將從MySQL獲得的數(shù)據(jù)更新到Redis中。MUSER中最常用的氣象數(shù)據(jù)查詢模式是根據(jù)觀察時(shí)間查詢氣象數(shù)據(jù)，因此使用有序集合SortedSet，SortedSet是Set的一個(gè)升級(jí)版本，它在Set的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)順序?qū)傩裕@一屬性在添加修改元素的時(shí)候可以指定，每次指定后，zset會(huì)自動(dòng)重新按新的值調(diào)整順序。可以理解為有兩列的MySQL表，一列存儲(chǔ)具體的值，一列存順序，也就是氣象數(shù)據(jù)的時(shí)間。操作中key理解為zset的名字。查詢時(shí)根據(jù)觀察時(shí)間和氣象因子可以獲得該時(shí)刻的具體氣象數(shù)據(jù)。比如查詢時(shí)間2015年1月29日16時(shí)26分05秒的溫度的值，首先將該時(shí)間轉(zhuǎn)換成1970年以來的時(shí)間秒數(shù)，為1422521100，在Redis上執(zhí)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(shí)間點(diǎn)1422521100的第一個(gè)值。+inf在Redis中表示正無窮大。
4結(jié)論
1．1天氣在線商務(wù)營銷模式分析
1)天氣在線有償服務(wù)的對(duì)象、方式和主要內(nèi)容。其有償收費(fèi)項(xiàng)目的主要對(duì)象是企業(yè)用戶，為其提供線上瀏覽的歷史氣象資料和14天天氣預(yù)報(bào)會(huì)員服務(wù)及月、季度短期氣候預(yù)測等，服務(wù)方式包括在線服務(wù)和發(fā)送郵件2種(表1)。從產(chǎn)品內(nèi)容上講，提供的氣象信息站點(diǎn)多、要素全是天氣在線網(wǎng)站的主要特點(diǎn)。2)天氣在線主要的商務(wù)模式。一種是基于氣象信息本身的專業(yè)氣象服務(wù)盈利模式，提供兩種氣象服務(wù)收費(fèi)模式:注冊(cè)為會(huì)員和點(diǎn)擊付費(fèi)(表2)。還有一種商務(wù)模式是通過加載廣告的形式，通過為客戶各類網(wǎng)絡(luò)廣告或贊助其網(wǎng)站的有關(guān)欄目的方式盈利。天氣在線在網(wǎng)站的每一頁上都預(yù)留了廣告位。客戶的廣告主要在網(wǎng)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(yù)報(bào)頁面和各國(地區(qū))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(shí)容易受到天氣的影響，因此許多旅客在制定旅行計(jì)劃前都會(huì)登錄氣象網(wǎng)站查詢未來的天氣信息。由此天氣信息服務(wù)和商旅服務(wù)成了一條服務(wù)鏈上的上下游關(guān)系。根據(jù)對(duì)天氣在線網(wǎng)站廣告的分析，發(fā)現(xiàn)其廣告客戶主要分布在旅游(如旅館、機(jī)票和旅游線路預(yù)訂)、留學(xué)服務(wù)、醫(yī)藥、防曬用品(在紫外線預(yù)報(bào)頁面)、電子商務(wù)等行業(yè)。
1．2氣象商城與天氣在線的比較
浙江天氣網(wǎng)氣象商城根據(jù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)開辟3種類型的氣象服務(wù):一種是每月50～200元不等的小額支付氣象服務(wù);二是提供在線的氣象信息查詢服務(wù);三是根據(jù)用戶需要特別定制的行業(yè)專業(yè)氣象服務(wù)，該類型的服務(wù)采用書面合同的形式簽訂，類似傳統(tǒng)專業(yè)氣象服務(wù)，服務(wù)模式采用定制網(wǎng)頁形式。
1．2．1氣象商城的優(yōu)勢(shì)
1)頁面美化度高:由于天氣在線頁面廣告較多，產(chǎn)品布局設(shè)計(jì)也較為雜亂，簡潔、美化程度不如氣象商城(圖1).2)服務(wù)手段多樣性強(qiáng):天氣在線主要通過在線瀏覽和郵件發(fā)送兩種方式提供氣象信息服務(wù)，而氣象商城服務(wù)手段較多，除上述兩種外還包括短信、傳真、網(wǎng)頁定制等方式。3)具有網(wǎng)上支付功能:氣象商城支持網(wǎng)上支付，開辟了小額支付網(wǎng)絡(luò)氣象服務(wù)的先河。支持支付寶和銀行轉(zhuǎn)賬功能，使得用戶體驗(yàn)感更強(qiáng)。
1．2．2氣象商城的不足
1)產(chǎn)品豐富度不足:與天氣在線相比，氣象商城缺乏較多基礎(chǔ)產(chǎn)品，如全球城市預(yù)報(bào)、全球站點(diǎn)的多要素實(shí)況數(shù)據(jù)、全球站點(diǎn)的歷史資料數(shù)據(jù)、亞洲主要海域的風(fēng)、水溫、波高、潮汐等要素的預(yù)報(bào)。2)商務(wù)模式靈活度不夠:與天氣在線獨(dú)立的商業(yè)氣象服務(wù)經(jīng)營氛圍不同，氣象商城脫胎于氣象部門，其商務(wù)經(jīng)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(yán)格。
2公眾需求對(duì)網(wǎng)上氣象商城產(chǎn)品和營銷模式的啟示
近為進(jìn)一步了解公眾對(duì)網(wǎng)絡(luò)氣象服務(wù)的需求，通過網(wǎng)站、短信、發(fā)放問卷等形式，并結(jié)合中國氣象局公共氣象服務(wù)中心開展全國公眾氣象服務(wù)調(diào)查評(píng)價(jià)，對(duì)公眾滿意度評(píng)價(jià)因子和獲取氣象信息的渠道進(jìn)行了重點(diǎn)調(diào)查，其結(jié)果對(duì)氣象商城的產(chǎn)品設(shè)置和營銷方式都有所啟示。
2．1氣象商城應(yīng)主推準(zhǔn)確性較高的短期預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)況產(chǎn)品
調(diào)查中選擇公眾廣泛關(guān)注的及時(shí)性、便捷性、實(shí)用性和準(zhǔn)確性作為評(píng)價(jià)氣象服務(wù)滿意度和重要性的評(píng)價(jià)因子。結(jié)果顯示:1)浙江省公眾對(duì)氣象服務(wù)便捷性的滿意比例最高，達(dá)73．2%，其次是氣象服務(wù)的實(shí)用性，達(dá)67．6%;對(duì)氣象服務(wù)準(zhǔn)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(dá)59．6%。(圖2a)2)浙江省公眾認(rèn)為天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性最重要，遠(yuǎn)高于其他3項(xiàng)指標(biāo)。但對(duì)其滿意度評(píng)價(jià)最低，滿意度僅為77．5分，明顯低于對(duì)氣象服務(wù)的總體評(píng)價(jià)。(圖2b)圖2氣象服務(wù)滿意度(a)和重要性(b)評(píng)價(jià)及對(duì)比從以上調(diào)查結(jié)果看，公眾對(duì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的準(zhǔn)確性最為關(guān)注，但同時(shí)滿意度最低，說明現(xiàn)階段影響公眾對(duì)氣象服務(wù)認(rèn)可度的主要因素仍然是氣象產(chǎn)品的準(zhǔn)確性問題。因此在氣象商城產(chǎn)品設(shè)計(jì)和宣傳推廣上一方面要主推準(zhǔn)確性較高的短期預(yù)報(bào)產(chǎn)品或?qū)崨r產(chǎn)品，同時(shí)突出更新頻率、滾動(dòng)預(yù)報(bào)的特點(diǎn)，以增強(qiáng)公眾粘合度。
2．2氣象商城的營銷中應(yīng)充分應(yīng)用現(xiàn)有的手機(jī)和電視資源進(jìn)行推廣
在電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、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(wǎng)絡(luò)獲得氣象信息，低于手機(jī)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(duì)較少。進(jìn)一步對(duì)網(wǎng)絡(luò)渠道進(jìn)行調(diào)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(wǎng)絡(luò)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(wù)專門網(wǎng)站獲取氣象服務(wù)的公眾僅為24．2%(圖3b)。由此可見，手機(jī)和電視是浙江省城鄉(xiāng)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(wǎng)絡(luò)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(wù)網(wǎng)站獲取。以上調(diào)查結(jié)論表明，現(xiàn)階段手機(jī)和電視仍是氣象服務(wù)的主渠道，單純的網(wǎng)站氣象服務(wù)影響力和覆蓋面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在氣象商城的商務(wù)模式中要盡量結(jié)合現(xiàn)有的手機(jī)和電視資源進(jìn)行推廣。同時(shí)在氣象商城的營銷中應(yīng)充分運(yùn)用客戶端和搜索引擎。
3制定網(wǎng)上氣象商城商務(wù)營銷模式應(yīng)注意的幾個(gè)問題
3．1突出行業(yè)服務(wù)特色
氣象產(chǎn)品以有價(jià)商品的形式進(jìn)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(shí)隨地免費(fèi)獲取的公益產(chǎn)品不可避免的發(fā)生沖突。因此行業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品，必須針對(duì)不同行業(yè)對(duì)氣象的不同需求，對(duì)氣象產(chǎn)品進(jìn)行深度開發(fā)，且要注意產(chǎn)品的包裝、細(xì)化，只有具有針對(duì)性、個(gè)性化的氣象服務(wù)產(chǎn)品以及優(yōu)質(zhì)服務(wù)才會(huì)擁有市場，才會(huì)實(shí)現(xiàn)與公共氣象服務(wù)產(chǎn)品的區(qū)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(wǎng)點(diǎn)、浙江天氣網(wǎng)點(diǎn)擊量及影響力排名，通過軟性廣告的形式為相關(guān)企業(yè)進(jìn)行宣傳推廣服務(wù):針對(duì)行業(yè)的氣象服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)添加氣象周邊產(chǎn)品企業(yè)的宣介內(nèi)容或鏈接、相關(guān)企業(yè)推介排名。
3．3探索外包合作方式
氣象部門提供信源和產(chǎn)品，通過與專業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售、流通等環(huán)節(jié)，尋求可能的合作盈利途徑。
4網(wǎng)上氣象商城營銷推廣的建議
4．1通過免費(fèi)體驗(yàn)吸引用戶
一段時(shí)間內(nèi)向注冊(cè)用戶免費(fèi)發(fā)送1～2種定制產(chǎn)品的信息套餐，以培養(yǎng)用戶通過氣象商城打包獲取氣象信息的習(xí)慣，引導(dǎo)顧客購買。為了維持和提高與顧客的良好關(guān)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(qiáng)其忠誠度。
4．2通過多種手段開展網(wǎng)絡(luò)營銷
通過付費(fèi)搜索引擎、百度新浪等問答式社區(qū)、網(wǎng)址導(dǎo)航站、論壇軟文推廣、郵件營銷等方式開展網(wǎng)絡(luò)營銷，進(jìn)一步擴(kuò)大氣象商城的知名度和影響力。
4．3通過異業(yè)合作擴(kuò)大覆蓋領(lǐng)域
跟異業(yè)的合作可以擴(kuò)大自己的推廣渠道，因?yàn)榕c異業(yè)合作的時(shí)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(fèi)者聯(lián)系到一起，為促銷活動(dòng)帶來一些比較好的資源，如與旅行社、旅游景點(diǎn)的合作等。
4．4充分利用氣象部門現(xiàn)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(gè)節(jié)點(diǎn)所起的作用是對(duì)等的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)（同一時(shí)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(shù)將各節(jié)點(diǎn)互相結(jié)合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。
1.2P2P協(xié)議P2P技術(shù)發(fā)展至今，產(chǎn)生了許多不同的文件共享協(xié)議，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系可分為4種形式。（1）以Napster為代表的中心化拓?fù)洌泄?jié)點(diǎn)的位置關(guān)系依然需要中心節(jié)點(diǎn)的參與，可擴(kuò)展性差。（2）以Gnutella為代表的全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌且环N純粹的P2P網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以隨意擴(kuò)展，但可靠性較差。（3）以KaZaA為代表的半分布式拓?fù)洌邆湟唤M超級(jí)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，支持復(fù)雜查詢但是可維護(hù)性不高。（4）以BitTorrent為代表的全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌赃m應(yīng)節(jié)點(diǎn)的變化，可擴(kuò)展性、可維護(hù)性好。氣象寬帶網(wǎng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，為了在減小中心節(jié)點(diǎn)壓力的同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，最適合采用BitTorrent協(xié)議。另外，BitTorrent協(xié)議采用數(shù)據(jù)塊傳輸機(jī)制，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，這種方式能夠保障數(shù)據(jù)的完整性。
1.3P2P技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)P2P技術(shù)可以充分利用氣象寬帶網(wǎng)MPLS－VPN的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將中心節(jié)點(diǎn)分發(fā)壓力分?jǐn)偟礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)上，利用所有節(jié)點(diǎn)的參與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從單數(shù)據(jù)源到多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的共享，如圖3所示，針對(duì)國家級(jí)節(jié)點(diǎn)A需要向若干省級(jí)節(jié)點(diǎn)（至少大于1）共享數(shù)據(jù)，國家級(jí)節(jié)點(diǎn)會(huì)將數(shù)據(jù)拆分成若干數(shù)據(jù)包，分別傳輸給廣東、湖北、河北3個(gè)省級(jí)節(jié)點(diǎn)，然后這3個(gè)節(jié)點(diǎn)再分別進(jìn)行交換傳輸直到數(shù)據(jù)包接收完整。然而，在氣象通信業(yè)務(wù)中直接使用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)P2P軟件存在著一些不足：一是節(jié)點(diǎn)的可控性、可管理性差，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可能退出系統(tǒng)，共享交換的信息隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享；二是節(jié)點(diǎn)間傳輸不可控，容易造成骨干網(wǎng)擁塞、網(wǎng)絡(luò)流量風(fēng)暴等問題。
1.4解決方案（1）內(nèi)容可靠性。為了解決傳統(tǒng)P2P傳輸中內(nèi)容可靠性的問題，需要融合CDN網(wǎng)絡(luò)［8］的思想，CDN的全稱是ContentDeliveryNetwork，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將中心節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容到最接近用戶且服務(wù)能力最好的節(jié)點(diǎn)（即超級(jí)節(jié)點(diǎn)），使用戶可以從超級(jí)節(jié)點(diǎn)取得所需的內(nèi)容，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，提高用戶訪問節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)速度。為了將P2P和CDN有機(jī)融合，設(shè)計(jì)了一種基于節(jié)點(diǎn)－服務(wù)器的模型（P2SP）：在一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，保證有足夠的服務(wù)能力較好的超級(jí)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)具備初始數(shù)據(jù)源能力，然后與所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行共享。如圖4所示，當(dāng)國家級(jí)節(jié)點(diǎn)A需要向各省提供共享數(shù)據(jù)時(shí)，首先選擇向國家級(jí)節(jié)點(diǎn)B和服務(wù)能力較好的北京節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝，生成BitTorrent協(xié)議中的數(shù)據(jù)源，然后由這3個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)同時(shí)向其他省級(jí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)，各省級(jí)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)選擇優(yōu)先連接的節(jié)點(diǎn)。這樣做的好處在于解決傳統(tǒng)Bit－Torrent協(xié)議可靠性差的問題。（2）傳輸控制。為了解決P2P技術(shù)中節(jié)點(diǎn)間傳輸不可控的問題，需要在BitTorrent協(xié)議基礎(chǔ)上，在軟件中合理設(shè)置和調(diào)整節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)淖畲笊闲泻拖滦兴俾剩苊饩W(wǎng)絡(luò)流量風(fēng)暴和擁塞問題。
2應(yīng)用實(shí)現(xiàn)
2.1功能組成基于P2P的氣象數(shù)據(jù)共享應(yīng)用主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)從單一資料源節(jié)點(diǎn)以BitTorrent協(xié)議將資料共享給網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)。從邏輯上由以下幾部分構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)服務(wù)器，保存需要共享氣象數(shù)據(jù)的一份原始拷貝，又稱為種子。該數(shù)據(jù)服務(wù)器和業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在接口，實(shí)時(shí)獲取并更新種子，氣象數(shù)據(jù)可以按照指定的目錄進(jìn)行存儲(chǔ)。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(xié)議的相關(guān)信息。BitTorrent軟件負(fù)責(zé)制作和生成種子文件，邏輯上把將要共享的數(shù)據(jù)文件重新編排，然后按照議約定的256KB大小進(jìn)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(wù)器，用于存放和分發(fā)種子文件。（4）Tracker服務(wù)器，保存整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)信息的中心服務(wù)器。（5）節(jié)點(diǎn)客戶端，負(fù)責(zé)定時(shí)或根據(jù)需要從Web服務(wù)器下載并解析torrent文件，實(shí)現(xiàn)P2P方式數(shù)據(jù)的共享傳輸。節(jié)點(diǎn)客戶端通過與Tracker服務(wù)器以HTTP協(xié)議進(jìn)行交互，能夠得知網(wǎng)絡(luò)中已下載完成的節(jié)點(diǎn)數(shù)以及正在下載的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的IP地址和端口號(hào)等。節(jié)點(diǎn)客戶端（A）與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)客戶端（B）建立TCP連接過程如下：A首先向B發(fā)送握手消息，等待B返回相同格式的握手反饋信息，達(dá)到完全握手狀態(tài)。與此同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)客戶端都需要維護(hù)一張所有與自己連接節(jié)點(diǎn)的鏈表。
2.2應(yīng)用流程基于P2SP的氣象數(shù)據(jù)共享應(yīng)用流程如下。（1）中心節(jié)點(diǎn)源數(shù)據(jù)制作并：中心節(jié)點(diǎn)從邏輯上包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、Tracker服務(wù)器和WEB服務(wù)器，中心節(jié)點(diǎn)需要將所有需要共享的數(shù)據(jù)組織成torrent文件并到Web服務(wù)器上，如圖5中流程①②③。（2）超級(jí)節(jié)點(diǎn)獲取torrent文件并獲得原始拷貝：中心節(jié)點(diǎn)臨近的超級(jí)節(jié)點(diǎn)會(huì)首先獲得種子文件和完整的共享數(shù)據(jù)從而成為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。如圖5中流程④⑤。（3）所有節(jié)點(diǎn)參與共享：各節(jié)點(diǎn)客戶端會(huì)實(shí)時(shí)下載torrent文件并進(jìn)行解析，然后從中心節(jié)點(diǎn)或超級(jí)節(jié)點(diǎn)下載數(shù)據(jù)片段并從其他節(jié)點(diǎn)獲取余下的片段，如圖5中流程⑥⑦⑧。
3業(yè)務(wù)試驗(yàn)和比較
考慮到實(shí)時(shí)氣象業(yè)務(wù)的不可中斷性，不可能在全國31個(gè)省級(jí)節(jié)點(diǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)環(huán)境開展大規(guī)模的試驗(yàn)。針對(duì)P2SP技術(shù)在氣象業(yè)務(wù)中應(yīng)用的性能評(píng)估，采用網(wǎng)絡(luò)仿真和小規(guī)模的比較試驗(yàn)成了最佳可供選擇的測試和驗(yàn)證方法。
3.1可行性模擬驗(yàn)證PeerSim是意大利博洛尼亞大學(xué)開發(fā)的基于生物啟發(fā)技術(shù)的P2P模擬器［16］。PeerSim由配置管理器、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)象、結(jié)點(diǎn)對(duì)象、協(xié)議對(duì)象、動(dòng)態(tài)對(duì)象、觀察對(duì)象以及模擬引擎對(duì)象等組成。PeerSim是一個(gè)模擬P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)的軟件，支持結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)模擬。通過BitTorrent協(xié)議的修改和部署，實(shí)現(xiàn)了基于P2P的仿真試驗(yàn)。使用PeerSim模擬BitTorrent協(xié)議從1個(gè)中心節(jié)點(diǎn)向固定的30個(gè)節(jié)點(diǎn)共享100000KB數(shù)據(jù)的表現(xiàn)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(yàn)的時(shí)候，為了模擬P2SP場景，隨機(jī)選取了部分節(jié)點(diǎn)作為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在1800s內(nèi)這些數(shù)據(jù)完成了全部節(jié)點(diǎn)的共享拷貝。經(jīng)過10次的模擬，所獲得的試驗(yàn)結(jié)果相似。
3.2性能比較試驗(yàn)為了評(píng)估該應(yīng)用在實(shí)際業(yè)務(wù)中效率以及穩(wěn)定性，搭建了一個(gè)利用中國氣象局局域網(wǎng)環(huán)境的試驗(yàn)平臺(tái)，有針對(duì)性的開展一系列試驗(yàn)。由于P2P需要多節(jié)點(diǎn)的參與，因此在試驗(yàn)中除中心節(jié)點(diǎn)外至少選擇2個(gè)節(jié)點(diǎn)參與。現(xiàn)在國內(nèi)通信傳輸業(yè)務(wù)比較多的使用AFD，它是一個(gè)自動(dòng)的支持多協(xié)議的本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)軟件，在氣象通信系統(tǒng)中目前使用較多的還是AFD的FTP協(xié)議。AFD支持并發(fā)傳輸，因此在進(jìn)行單數(shù)據(jù)源多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分發(fā)時(shí)，會(huì)通過消耗中心節(jié)點(diǎn)的資源獲得傳輸效率。為了使兩種應(yīng)用具備可比性，通過軟件功能限制中心節(jié)點(diǎn)平均速率，并且AFD的傳輸并發(fā)數(shù)設(shè)置為1，P2SP傳輸應(yīng)用也設(shè)置為1個(gè)TCP連接。（1）數(shù)據(jù)總量對(duì)于傳輸效率的影響。在測試中選擇文件大小為1MB至300MB的數(shù)據(jù)文件。當(dāng)子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4時(shí)，兩種應(yīng)用傳輸效率結(jié)果如圖6，測試次數(shù)為3次，結(jié)果取平均值。當(dāng)數(shù)據(jù)量逐步增大時(shí)，在中心節(jié)點(diǎn)同等網(wǎng)絡(luò)流量條件（不超過1MB）下，當(dāng)數(shù)據(jù)文件大于10MB時(shí)，P2P應(yīng)用傳輸效率優(yōu)于AFD應(yīng)用。從理論上分析，P2P應(yīng)用通過子節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)流量消耗換取了效率的提高。在數(shù)據(jù)總量較小時(shí)，由于P2P應(yīng)用還存在節(jié)點(diǎn)相互握手和與Tracker服務(wù)的交互訪問導(dǎo)致效率低于AFD應(yīng)用，而當(dāng)傳輸大文件時(shí)，P2P應(yīng)用對(duì)提升多節(jié)點(diǎn)互傳的效率起到明顯的作用。（2）節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)于傳輸效率的影響。為了與實(shí)際業(yè)務(wù)場景更接近，進(jìn)行大量小文件在不同節(jié)點(diǎn)數(shù)條件下的傳輸測試，選擇單個(gè)文件大小在50B～150KB的總大小約28MB的1000個(gè)小文件，這些文件被打散分布在至少3級(jí)層次的目錄中。子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)分別設(shè)定為2～6個(gè)，將3次測試的平均結(jié)果記錄在圖7中，可以看出：當(dāng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)逐步增大時(shí)，在中心節(jié)點(diǎn)相同網(wǎng)絡(luò)流量條件下（不超過30KB），AFD應(yīng)用的傳輸時(shí)間成線性增長，而P2P應(yīng)用隨節(jié)點(diǎn)增多產(chǎn)生了明顯的加速效應(yīng)。
3.3小規(guī)模業(yè)務(wù)試用通過可行性模擬驗(yàn)證和性能比較試驗(yàn)，基于P2P的氣象數(shù)據(jù)共享應(yīng)用可以滿足單數(shù)據(jù)源多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)共享需求，并且在不增加中心節(jié)點(diǎn)資源消耗的情況下隨著數(shù)據(jù)量和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)增加，P2P的傳輸效率也隨之提高。考慮實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用效果，我們將該應(yīng)用部署在氣象寬帶網(wǎng)的部分省級(jí)節(jié)點(diǎn)上開展小規(guī)模業(yè)務(wù)試用。選取北京、四川、河北、廣東、湖北、內(nèi)蒙等省級(jí)節(jié)點(diǎn)，在MPLS－VPN網(wǎng)絡(luò)中使用PC服務(wù)器進(jìn)行試驗(yàn)，操作系統(tǒng)為SUSELinux，選擇實(shí)時(shí)衛(wèi)星資料進(jìn)行傳輸，各節(jié)點(diǎn)傳輸速率控制在1MB／s內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果表明，全部數(shù)據(jù)在150s內(nèi)完成了176MB文件在所有省級(jí)節(jié)點(diǎn)的傳輸。此外，在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，我們還進(jìn)行了氣候模式數(shù)據(jù)文件的傳輸試驗(yàn)，模式數(shù)據(jù)量為2GB，在各節(jié)點(diǎn)傳輸速率控制在1MB／s內(nèi)時(shí)，P2P用時(shí)20min完成了全部數(shù)據(jù)在6個(gè)省級(jí)節(jié)點(diǎn)的共享傳輸。而對(duì)于AFD應(yīng)用，采用單線程方式，即使不限制中心節(jié)點(diǎn)傳輸速率，全部共享完所有數(shù)據(jù)耗時(shí)也超過了1h。利用P2P技術(shù)的一個(gè)附加好處是：不需要對(duì)共享的目錄結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸配置，因?yàn)镻2P應(yīng)用將所有目錄信息都記錄在torrent文件中，接收端的目錄結(jié)構(gòu)和發(fā)送端的目錄結(jié)構(gòu)在默認(rèn)情況下會(huì)保持一致。而AFD應(yīng)用必須逐一配置指定路徑來保證資料傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)目錄，當(dāng)目錄數(shù)過大時(shí)容易導(dǎo)致中心節(jié)點(diǎn)配置錯(cuò)誤。
4結(jié)論
在狹義相對(duì)論中，兩慣性系相對(duì)速度與和平行
（1）
（）為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，（）為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，令，，所以變換矩陣為
（2）
如果;,相對(duì)速度不變，那么
(3)
比較與
（4）
（5）
比較后知道（4）式=（5）式
（6）
二。時(shí)空觀測的定義
為了較方便地說清楚不同的觀測結(jié)果與不同坐標(biāo)中長度與時(shí)間的相互比較
的關(guān)系，在字母頂部加3個(gè)指標(biāo)，
如：
定義為：左邊指標(biāo)為觀察目標(biāo)所在的坐標(biāo)系，中間指標(biāo)為觀察者選擇的單
位長度與時(shí)間所在的坐標(biāo)系，右邊指標(biāo)為觀察者觀察時(shí)所在的坐標(biāo)系。這樣有：
其中，和是固有時(shí)，與是固有長度。
三。的推導(dǎo)
在狹義相對(duì)論中有
(6.1)
那么，在什么條件下上式會(huì)是普適的呢？
先來考察歐幾里德幾何。對(duì)觀察者而言，在歐幾里德幾何中的二維空間的坐
標(biāo)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(biāo)中，
觀察到的單位長度。觀察者是無法在長度方面區(qū)別和的，即
（7）
這是歐幾里德幾何的觀察者假設(shè)，也是符合經(jīng)驗(yàn)的假設(shè)，以前從未被指出過。
根據(jù)相對(duì)論，在四維時(shí)空坐標(biāo)中，時(shí)空量表示為：
（8）
廣義相對(duì)論中的不變量原理確定了，任意四維時(shí)空坐標(biāo)都有（8）式。
現(xiàn)在，在非歐幾里德的四維時(shí)空坐標(biāo)中，推廣歐幾里德幾何的觀察者假設(shè)。
先定義一種四維時(shí)空坐標(biāo)，在觀察者觀察的時(shí)間內(nèi)，這個(gè)坐標(biāo)內(nèi)的時(shí)空度規(guī)
時(shí)間平移不變性和空間平移不變性，令ξ為坐標(biāo)內(nèi)時(shí)空?qǐng)靓?
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(shí)空體積足夠小，即，那么總可以成為這種坐標(biāo)。這種坐
標(biāo)具有普適性。
在四維時(shí)空中,隨意取兩個(gè)這種坐標(biāo)和，觀察者在坐標(biāo)內(nèi)所觀察到的單
位時(shí)空量和，如果觀察者不與坐標(biāo)外其他坐標(biāo)比較的話，他是無法在
時(shí)空量方面區(qū)分他在和坐標(biāo)內(nèi)觀察到的單位時(shí)空量和（觀察者在坐標(biāo)內(nèi)觀察時(shí)，也不能與坐標(biāo)內(nèi)的比較。他只能分別觀察和后，再比較和）。這是四維彎曲時(shí)空的觀察者假設(shè)。即觀察
者無法區(qū)分不同的這種坐標(biāo)系的固有時(shí)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(rèn)為他所在的坐標(biāo)系內(nèi)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(biāo)系中，總有
（18）
所以（19）
這樣就有在上述定義的坐標(biāo)系中，時(shí)間量平方的變化量與空間量平方的變化
量相等。這就是時(shí)空的對(duì)稱變化。可寫為
（6）
這里稱為時(shí)空對(duì)稱理論。上式的空間量是固有長度和，時(shí)間量則
不是固有時(shí)，固有時(shí)和有下列關(guān)系：
（20）
而和不符合中的任一
種時(shí)間量的微分，故
（16）
不是真實(shí)觀測值。
四。Schwarzchild解的分析
用時(shí)空對(duì)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(duì)論四維時(shí)空標(biāo)架求解Schwarzchild解，并比較時(shí)空對(duì)稱理
論用四維時(shí)空標(biāo)架求解Schwarzchild解的辦法
（t=ict,c=1)(21)
這是靜態(tài)球?qū)ΨQ度規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)平直坐標(biāo)系內(nèi)的固有時(shí)與固有長度之間
物理?xiàng)l件，應(yīng)用到有引力場的非慣性坐標(biāo)系。
因此
（16.2)
不是真實(shí)觀測值。
而固有時(shí)與之間有
（20.1)
這樣與固有長度的度規(guī)有
（24）
又因?yàn)閷?duì)觀測者而言項(xiàng)是觀測不到的，所以觀測到的是正交時(shí)空
坐標(biāo)，這樣靜態(tài)球?qū)ΨQ度規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)形式：
（t=ict,c=1)（21）
不符合要求，只有
（25）
符合要求。
計(jì)算克里斯朵夫聯(lián)絡(luò)的非零分量，其中
，，，
，。
與經(jīng)典的求解Schwarzchild解的計(jì)算值一樣。
（26）
也與經(jīng)典的求解Schwarzchild解的計(jì)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(shí)空對(duì)稱理論求解Schwarzchild解有
（13.1）
因?yàn)轫?xiàng)觀測不到，任何觀測坐標(biāo)都是正交的。
不變，
（其中的r是遠(yuǎn)離引力場的觀測者的觀測值，）
這樣，時(shí)空對(duì)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(diǎn)進(jìn)動(dòng)（詳細(xì)內(nèi)容在附錄中）。
這樣，用時(shí)空對(duì)稱理論和廣義相對(duì)論求得的Schwarzchild解時(shí)空物理意義
等價(jià)。
五。關(guān)于Kerr解
Kerr解中不全為0，不是真實(shí)觀測解，不能符合用四維時(shí)空的觀
察者假設(shè)推導(dǎo)出的時(shí)空對(duì)稱理論。
但用時(shí)空對(duì)稱理論分析自轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，也能得到Kerr解才有的單位質(zhì)量的角
量a，這將在下面分析。
六。時(shí)間量和空間量
經(jīng)驗(yàn)告知，空間是三維的，時(shí)間是一維的。在觀測者的直接觀測中，是觀
測不到空間與時(shí)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(shí)間的相互作用量。即：
(27)
除非通過計(jì)算觀測結(jié)果，方可知道空間與時(shí)間的相互作用量。
這樣，對(duì)觀測者的直接觀測而言，任何觀測四維時(shí)空的線元長度為
(13)
而項(xiàng)是觀測不到的。
絕對(duì)平直時(shí)空的四維時(shí)空線元
（13）
就是任何觀測者的直接觀測結(jié)果。
設(shè)有一種坐標(biāo)系：
在該坐標(biāo)系內(nèi)任何一點(diǎn)觀測，光在此坐標(biāo)系內(nèi)的任何兩點(diǎn)的行走路徑，都
是直線；在坐標(biāo)系內(nèi)任意點(diǎn)的真空中光速恒定，稱為相對(duì)平直坐標(biāo)系。在彎曲時(shí)
空取足夠小的時(shí)空范圍，可得到此類坐標(biāo)系，這類似微分。在彎曲時(shí)空取足夠小
的時(shí)空范圍，該范圍的時(shí)空近似平直。這與上面關(guān)于直接觀測是觀測不
到項(xiàng)是一致的。在此坐標(biāo)系內(nèi)有統(tǒng)一的時(shí)空單位和統(tǒng)一的鐘和尺。
所以，此坐標(biāo)系有：
（28）
[v]是指此坐標(biāo)系內(nèi)任意點(diǎn)真空中光的速度，[t]是指此坐標(biāo)系內(nèi)任意點(diǎn)的
時(shí)間。
以后本文中的坐標(biāo)系都是此類坐標(biāo)系。稱為相對(duì)平直坐標(biāo)系。
不同的相對(duì)平直坐標(biāo)系之間是"平行"的，須通過物理參數(shù)的變化，物質(zhì)方
能從一個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系進(jìn)入另一個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系。
（29）
（29）是時(shí)空對(duì)稱理論，即時(shí)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(biāo)系是相對(duì)平直坐標(biāo)系。其中和不是固有時(shí)，設(shè)這兩個(gè)坐標(biāo)系
固有時(shí)為和，有：
（30）
所以，這里的時(shí)間量平方與空間量平方不能理解為：
可用時(shí)間單位或空間單位的平方代替，而應(yīng)理解為類似密度的一種量，稱為時(shí)
間量密度與空間量密度。時(shí)空對(duì)稱理論是指時(shí)間量密度與空間量密度的對(duì)稱變
化。
令時(shí)間量密度為，空間量密度為，
類比固有時(shí)平方的倒數(shù)，并可以替代；
類比固有長度平方，并可以替代；
（分別為固有時(shí)和固有長度）
令時(shí)空密度為，不同的相對(duì)平直坐標(biāo)系有不同的時(shí)空密度，任意相對(duì)平直坐標(biāo)系中有
（31）
在同一個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系中，類比線元，但是不可以替代。
不同的相對(duì)平直坐標(biāo)系比較時(shí)空觀測值時(shí)，須使用時(shí)間量密度和空間量密
度，通過設(shè)定某一相對(duì)平直坐標(biāo)系時(shí)間量密度和空間量密度為1，得到不同的相
對(duì)平直坐標(biāo)系的不同時(shí)間量密度和空間量密度。然后，對(duì)不同的相對(duì)平直坐標(biāo)系
換算出不同的時(shí)間量和空間量單位。
這樣時(shí)空對(duì)稱理論實(shí)際上是關(guān)于時(shí)空密度的變化的理論，可表示為：
（32）
為不同的兩個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系時(shí)空密度，為時(shí)空密度的變化量。
七。時(shí)空密度的變化量
在狹義相對(duì)論中
（33）
在Schwarzschild解中
（c=1）(34)
引力（35）
根據(jù)等效原理有慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量，或在局域時(shí)空內(nèi)慣性力和引力不
可區(qū)分，在本文中局域時(shí)空為相對(duì)平直坐標(biāo)系代替，那么在相對(duì)平直坐標(biāo)系中
（36）
（37）
（38）
所以有：
（39）
在狹義相對(duì)論和Schwarzschild解中
（33）
那么，時(shí)空對(duì)稱理論中，時(shí)空密度變化量，在時(shí)，
（33）
這樣（37）
變?yōu)椋?0）
此積分為不定積分。
這里是能量的一種形式。用四維時(shí)空觀點(diǎn)看，是二階逆變二階
協(xié)變張量而不是狹義速度矢量的平方。
時(shí)空對(duì)稱理論在時(shí)表示為
（41）
為須觀測的坐標(biāo)系的時(shí)空密度；為觀測者所在的坐標(biāo)系的時(shí)空密度，時(shí)間密度，空間密度；是能量的一種形式。哪個(gè)坐標(biāo)系絕對(duì)地得到能量，這個(gè)坐標(biāo)系的時(shí)空密度絕對(duì)地改變。
八。時(shí)空對(duì)稱理論和狹義相對(duì)論
假設(shè)兩個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系，一個(gè)靜止，一個(gè)角速度為做圓周運(yùn)動(dòng)。
用時(shí)空對(duì)稱理論分析
(42)
對(duì)于角速度為的坐標(biāo)系，離心力為（r為圓周半徑），
即（43）
（44）
所以，時(shí)空密度的變化量為
（45)
有（46）
對(duì)于固有時(shí)和固有長度有
（47）
用狹義相對(duì)論分析固有時(shí)和固有長度有
（48）(是速度方向）
可以看出兩理論對(duì)固有時(shí)有相同結(jié)論；對(duì)于固有長度，時(shí)空對(duì)稱理論認(rèn)為
固有長度全方向改變，狹義相對(duì)論認(rèn)為只是平行瞬間速度方向的固有長度
改變。
用時(shí)空對(duì)稱理論和狹義相對(duì)論分析以速度v做直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系也有相同
結(jié)論，只不過時(shí)空對(duì)稱理論將以速度v做直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系當(dāng)做繞無窮遠(yuǎn)處某
點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，狹義相對(duì)論是用慣性系中光速恒定來解釋，時(shí)空
對(duì)稱理論是用相對(duì)平直坐標(biāo)系中光速不變來解釋。
九。時(shí)空對(duì)稱理論的詳細(xì)表述
假設(shè)1：設(shè)有時(shí)空坐標(biāo)系
(28)
（即光速恒定,項(xiàng)觀測不到）
是指此坐標(biāo)系內(nèi)任意點(diǎn)光的速度，指此坐標(biāo)系內(nèi)任意點(diǎn)的固有時(shí)。
此類坐標(biāo)系稱為相對(duì)平直坐標(biāo)系。
假設(shè)2：任何觀測者所觀測到的真實(shí)時(shí)空坐標(biāo)系都是相對(duì)平直坐標(biāo)系。
不論是慣性系或非慣性系，只要坐標(biāo)系足夠小，都是此類坐標(biāo)系。
相對(duì)平直坐標(biāo)系之間比較時(shí)空量，使用時(shí)空密度
（31）
是時(shí)間密度，是空間密度。
在任一相對(duì)平直坐標(biāo)系中，觀測者處在相同的時(shí)空密度中，就有相同
的時(shí)間密度和空間密度，因而有相同的固有時(shí)和固有長度。
的大小正比于固有時(shí)流逝的快慢。
的大小正比于固有長度的長短。
時(shí)空對(duì)稱理論可表述為
(32)
為不同相對(duì)平直坐標(biāo)系的時(shí)空密度。
當(dāng)，有（42）
(40)
用四維時(shí)空觀點(diǎn)看是二階逆變二階協(xié)變張量。
時(shí)空對(duì)稱理論認(rèn)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(xié)變張量，上式的積分為不定積分。
當(dāng)能量形式絕對(duì)的改變，時(shí)空密度絕對(duì)的改變。
十。時(shí)空對(duì)稱理論對(duì)不同坐標(biāo)系之間的觀測比較
時(shí)空對(duì)稱理論對(duì)不同坐標(biāo)系之間的觀測比較可簡單的分為兩種情況。其計(jì)
算結(jié)果是真實(shí)觀測值。
1。兩個(gè)相對(duì)平直坐標(biāo)系,比較，有時(shí)空密度，
假設(shè)：
那么：（42）
為兩坐標(biāo)系時(shí)空密度的比較
坐標(biāo)系的固有時(shí)比坐標(biāo)系的固有時(shí)流逝快。
坐標(biāo)系的固有長度比坐標(biāo)系的固有長度長。
并通過（40）
與經(jīng)典的速度，引力和加速度對(duì)比，從而得到不同坐標(biāo)系的固有時(shí)和固有
長度的區(qū)別。
2。設(shè)有三個(gè)坐標(biāo)系，時(shí)空密度分別為，
假設(shè)
有
（32.1)
(49)
其中（,）
不論觀測者在坐標(biāo)系都將得到（49）式觀測結(jié)果，觀測者在第四坐標(biāo)系也將得到（49）式觀測結(jié)果，這是時(shí)空對(duì)稱理論中所得計(jì)算結(jié)果是真實(shí)觀測
值的推論，也是時(shí)空對(duì)稱理論的兩個(gè)假設(shè)的推論。
十一。關(guān)于時(shí)空對(duì)稱理論可能的實(shí)驗(yàn)證實(shí)
一種是檢測高速自轉(zhuǎn)物體的半徑和厚度是否縮短？
這種情況下，狹義相對(duì)論認(rèn)為只有沿速度方向的周長縮短，半徑和厚度不
變。而時(shí)空對(duì)稱理論認(rèn)為周長，半徑和厚度都將縮短。半徑縮短后為
（略去以后項(xiàng)）（49）
項(xiàng)與Kerr-Newman解中的單位質(zhì)量角動(dòng)量項(xiàng)a一致。
厚度縮短后為
（50）
另外一種是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系與相對(duì)靜止的坐標(biāo)系之間，在的情況下，將有時(shí)空密度的變化。
那么，當(dāng)發(fā)射光譜的元素做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將有類似引力紅移的光譜紅移現(xiàn)
象。
如果，是發(fā)射光譜的元素靜止，而觀測光譜的儀器和觀測者做加速運(yùn)動(dòng)，
將有光譜紫移現(xiàn)象。
除去多普勒效應(yīng)，由振動(dòng)頻率公式可得，光譜線發(fā)生紅移時(shí)，移動(dòng)的頻率
為：（51）
是光子的固有振動(dòng)頻率
很顯然，對(duì)于相對(duì)平直坐標(biāo)系中的物體而言，當(dāng)時(shí)，物體進(jìn)入類似黑洞事件視界的另一種事件視界。
參考文獻(xiàn)
A.愛因斯坦相對(duì)論的意義科學(xué)出版社1961
E.G.哈里斯現(xiàn)論物理導(dǎo)論上海科學(xué)技術(shù)出版社1975
張鎮(zhèn)九現(xiàn)代相對(duì)論及黑洞物理學(xué)華中師范大學(xué)出版社1986
王仁川廣義相對(duì)論引論中國科學(xué)技術(shù)出版社1996
俞允強(qiáng)廣義相對(duì)論引論北京大學(xué)出版社1997
趙崢黑洞的熱性質(zhì)與時(shí)空奇異性北京大學(xué)出版社1999
附錄
（用時(shí)空對(duì)稱理論解釋光子軌線的引力偏折和水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)）
廣義相對(duì)論中求質(zhì)點(diǎn)和光子的軌道方程時(shí)，取球坐標(biāo)，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)滿足于
,（1）
協(xié)變動(dòng)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(zhì)點(diǎn)或光子的能量和角動(dòng)量。
四維速度的歸一條件有
（3）
得到質(zhì)點(diǎn)的軌道微分方程
（4）
光子的軌道微分方程
（5）
廣義相對(duì)論用這兩個(gè)軌道微分方程解釋了光子的引力偏折和水星近日點(diǎn)
進(jìn)動(dòng)。
廣義相對(duì)論用來解釋引力紅移的方法也一樣適用于時(shí)空對(duì)稱理論。這里
就不重復(fù)了。只討論時(shí)空對(duì)稱理論解釋光子軌線的引力偏折和水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)。
因?yàn)闀r(shí)空對(duì)稱理論是用真實(shí)觀測值來解釋時(shí)空的理論。用它得到的Schw-
arzschild解有
（6）
（7）
固有時(shí)的關(guān)系有
（8）
固有長度的關(guān)系有
（9）
為時(shí)空密度，為時(shí)間密度，為空間密度。
按固有時(shí)和固有長度來看，觀測者在遠(yuǎn)離引力場的坐標(biāo)系，觀測引力場坐
標(biāo)系有
（10）
是引力場坐標(biāo)系固有時(shí)，是遠(yuǎn)離引力場的坐標(biāo)系固有時(shí)，是引力場坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)平面角。這樣就有
（11）
因?yàn)閮蓚€(gè)坐標(biāo)系之間的能量，角度，角動(dòng)量和長度的比較有
（12）（能量守恒）
（13）（項(xiàng)為零）
（14）（坐標(biāo)系之間固有時(shí)和固有長度的比較）
（15）（坐標(biāo)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?yōu)檎鎸?shí)觀測值有
（17）
將（16）式代入（17）式有
(18)
,這就是時(shí)空對(duì)稱理論的引力場中的軌道微分方程。
能量E是遠(yuǎn)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(biāo)系與無窮遠(yuǎn)處坐標(biāo)系的能量差，數(shù)量級(jí)為略去二級(jí)小量，時(shí)空對(duì)稱理論的軌道微分方程成為相對(duì)論的質(zhì)點(diǎn)軌道微分方程
（4）
對(duì)于光子而言，角動(dòng)量，因?yàn)楣庾釉谌跻鲋凶叩膸缀跏侵本€，
可以認(rèn)為光子繞無窮遠(yuǎn)處某點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。
（4）式略去小量后，得到相對(duì)論的光子軌道微分方程
（5）
這樣，用時(shí)空對(duì)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(diǎn)的進(jìn)動(dòng)了。
參考文獻(xiàn)
A.愛因斯坦相對(duì)論的意義科學(xué)出版社1961
張鎮(zhèn)九現(xiàn)代相對(duì)論及黑洞物理學(xué)華中師范大學(xué)出版社1986