基于智能网格产品的广西行业气象服务集约化系统的设计与实现

依据广西公众气象服务产品、行业气象服务产品精细化、集约化及智能化业务发展需求,基于智能网格产品及CIMISS基础数据平台,实现气象数据的汇聚、分发、共享及存储。依托J2EE、GIS及分布式技术,对现有的电力气象、旅游气象、交通气象等业务系统进行整合,构建基于B/S与C/S混合架构的广西行业气象服务集约化系统,形成基于广域网络、上下一体、统筹集约的气象服务业务系统布局,为公众、行业用户提供更精细、更实时的预报、实况和预警信息产品。     

智能网格预报在重大活动气象服务保障中的应用——以环广西公路自行车世界巡回赛为例

在智能网格气象预报产品的基础上,采用B/S+C/S混合架构,建立了"环广西"赛道气象服务产品共享平台。通过共享平台,快速完成精细化气象服务产品的制作和发布,为做好重大活动气象服务保障提供借鉴和参考。     

中国气象应用网格

"中国气象应用网格"是国家863重大专项支持的一个应用网格项目,主要针对中国气象局计算资源及科研人员分散在全国各地,气象预报面向政府、社会和公众服务的特点,建立了连接中国气象局行业内部和国防科技大学等单位在内的跨地域网格平台;在该网格平台上建立全面支持我国新一代中尺度数值天气预报系统的协同攻关环境和基于GRAPES的中尺度有限区数值天气预报业务系统,实现了应用层面的互联互通、资源共享和协同工作,提高气象部门的资源利用率、业务预报和自动化水平."中国气象应用网格"包括网格中尺度数值预报模式GRAPES、网格门户、网格计算、资源和服务共享平台、基于Ganglia的网格资源监控、数值天气预报控制界面、气象预报产品发布和可视化、源代码管理系统、网格用户注册与管理等系统.     

中国气象应用网格

“中国气象应用网格”是国家863重大专项支持的一个应用网格项目，主要针对中国气象局计算资源及科研人员分散在全国各地，气象预报面向政府、社会和公众服务的特点，建立了连接中国气象局行业内部和国防科技大学等单位在内的跨地域网格平台；在该网格平台上建立全面支持我国新一代中尺度数值天气预报系统的协同攻关环境和基于GRAPES的中尺度有限区数值天气预报业务系统，实现了应用层面的互联互通、资源共享和协同工作，提高气象部门的资源利用率、业务预报和自动化水平。“中国气象应用网格”包括网格中尺度数值预报模式GRAPES、网格门户、网格计算、资源和服务共享平台、基于Ganglia的网格资源监控、数值天气预报控制界面、气象预报产品发布和可视化、源代码管理系统、网格用户注册与管理等系统。     

宁夏智能化综合气象业务服务共享管理平台设计与实现

文章按照标准化、集约化、智能化的理念,基于云端部署技术,提出了宁夏智能化综合气象业务服务共享管理平台的设计思路和总体架构,建设了宁夏气象基础数据库、业务产品库、服务产品库,构建了业务产品自动化生成系统、服务产品智能化制作系统、服务信息智慧型发布系统和信息共享与管理系统。通过数据存储、数据服务接口、数据资源管理、数据加工流程的标准化,设计了以标准化体系为基础的集约化数据环境。通过数据环境集约和业务系统集约,设计了以数据驱动为特征的集约化产品加工系统,形成统一的数据加工流水线。突出智能化要求,设计了以智能化为目标的数据分析算法和智能化系统运行控制,并在业务产品自动化生成、服务产品智能化制作、服务信息智慧型发布方面进行了探索。平台设计理念先进,技术前沿,流程简洁,功能完备,运行高效,充分体现了数据资源标准化、业务系统集约化和计算运行智能化的要求,平台的开发建设将极大地推进宁夏气象现代化进程,对于发展智慧气象具有重要的参考价值。     

气象云建设的研究与思考

气象云建设是气象信息化上新台阶的必由之路,加强气象云建设是气象现代化的重要内容之一。根据气象信息化的现状与需求,提出了气象云建设的四条原则,即满足各种气象业务服务和管理需求、有利于提高气象预报预测准确率、集约高效和数据共享的原则。在此基础上,提出了气象云的设计思路:气象云应包括云存储、云计算和云服务,云存储为云计算提供支撑,云存储、云计算为云服务提供支撑。最后,对气象云建设中的数据获取途径进行了概括:一是国外气象数据,二是国内气象观测数据,三是国内加工的产品。     

基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台及关键技术

实况网格产品是智能网格预报业务重要数据源。为满足气象业务及气象服务对实况网格产品的服务需求,在实时收集和处理各种实况网格产品基础上,采用JavaScript、HTML、CSS等web技术,构建了基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台。采用Leaflet、Canvas等技术搭建了基于HTML5的WebGIS框架,实现了各种实况网格产品叠加地理信息统一展示。通过格点与站点观测数据的对比分析,提供产品的实时数据质量评估分析。基于网格格点,实现任意区域、不同要素等级的格点面积及面积比例等定量指标的统计分析。平台自投入业务应用以来,为各级业务应用和精细化气象服务提供了数据支撑。平台基于全国统一的数据环境和参数配置方式,具有很强的应用推广价值。     

国家级天气预报检验分析系统建设与应用

为了适应精细化预报和业务管理的发展需求,国家气象中心建设开发了基于Web的国家级天气预报检验分析系统。系统分为预报检验、检验文件解析处理、检验数据查询分析与检验平台管理4个功能模块,关键技术包括标准化的数据管理、开放式的算法模块管理与调度和检验数据的可视化分析。系统建立了规范高效的检验业务数据流程,兼容处理预报分析制作系统（MICAPS）数据、GRIB2数据、城镇报数据、自动气象站数据等其他专业气象数据,涵盖了国家级省级智能网格预报、全国城镇天气预报、定量降水预报、大城市空气质量预报等数十项检验业务产品,给出了空间分布、柱状图及数据表格等展现形式。系统为全国各级预报员、模式开发人员和管理人员提供预报检验反馈信息,为各省以及国家级预报业务考核提供了信息支撑;同时系统提供逐旬、月、年度的智能网格预报以及城镇天气预报的检验结果对比,有力支撑了智能网格预报产品业务研发和业务试验。     

基于林区智能网格的精细化森林火险气象预报模型及应用

基于智能网格气象产品、全国森林植被分布数据,选取动态气象因子和静态植被因子,建立了精细化森林火险气象预报模型并开展业务应用。利用火灾个例以及重点防火期内森林火灾实际过程,对模型预报效果进行评估,结果表明:①火险预报模型通过加入静态植被因子,考虑了不同类型的可燃物特征,基于GIS研发了精准到林区网格的精细化森林火险气象等级客观预报产品;②我国西南、华南、东北、华北等林火高发地区的重点防火期期间,降水晴雨准确率较高,采用的智能网格气象预报产品为模型提供了可靠、精细的动态气象背景场;③模型对火险气象条件模拟效果较好,对森林火灾的发生具有较好的指示意义;④模型实现了基于植被的森林火险气象等级网格化预报,产品空间分辨率5 km,预报时效为10 d,在国家级森林火险气象等级短、中期无缝隙精细化预报以及火场保障服务中取得了良好的应用效果。     

基于MICAPS4网络框架的气象预报服务一体化平台构建

基于国家气象中心MICAPS4网络平台框架,利用其有效对接全国综合气象信息共享系统(CIMISS)与气象信息综合分析处理系统第4版(MICAPS4)分布式数据库的优势,设计了湖北省气象预报服务一体化平台。平台集关注重点引导提醒、实况监测共享查询、气候特征对比分析、天气预报综合分析、服务产品关联检索、产品制作及一键分发、专业服务场景应用和信息数据系统管理为一体,采用了气象大数据的集约应用、工作引导的规则匹配、产品自动生成的定制合成、服务响应反馈的协同联动等关键技术,实现了在湖北省、市、县三级气象部门业务中的稳定应用。应用结果表明,一体化平台的使用大幅提升了省、市、县气象预报服务的业务集约和服务协同水平,推进了信息传输、产品制作、服务分发、联动响应等各业务流程的规范建立。MICAPS4网络框架在湖北一体化平台建设的成功实践,为国内省级气象部门及时跟踪国家级技术发展,开展大数据应用场景下的气象业务系统建设提供了一条验之有效的可选途径。     

山东省气象业务一体化平台设计与实现

山东省气象业务一体化平台（简称“一体化平台”）,是在气象业务系统集约化、自动化、智能化的建设要求下,为满足山东气象现代业务发展要求,解决山东气象业务运行中的诸多关键问题,利用互联网技术,面向山东全省天气预报业务设计研发的高度集约化的智能业务平台。一体化平台实现了基于内网 WebGIS 的气象数据渲染,基于 CIMISS、Oracle、Redis的三级数据库架构,基于 FTP、SMTP、传真服务器、阿里短信等技术的一键式发布引擎,基于 WebOffice的智能网格预报定制化气象服务,建立了山东短时和临近预报业务体系,融合了山东省气象部门近年来的多项科研成果。在此基础上实现了实况监测、短时临近预报、山洪预警、网格预报、产品制作发布、预报共享、预报检验和业务管理等功能。一体化平台支撑了 “省—市—县” 三级台站的天气预报业务和重大活动气象保障服务,提升了监测分析、短时和临近预警、决策服务能力。     

基于MICAPS4的智能网格预报平台设计与实现

随着我国智能网格预报业务的开展,海量高分辨率客观数据需要便捷的分析显示及产品制作平台高效处理。该文基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）设计并实现智能网格预报平台,采用MVVM（模型-视图-视图模型,model-view-viewmodel）设计模式,实现业务逻辑与视图的分离,通过对各子功能模块的划分,降低模块之间的耦合度,具有良好的可扩展性。平台实现了高分辨率网格预报数据的显示分析和产品输出,开发了基于等值线、网格、关键点等智能化预报制作工具,集成了降水时间拆分、温度极值订正等客观预报方法,开发了降水、温度、相对湿度等要素一致性处理方法,可有效帮助预报员提高工作效率,同时能够确保产品之间的一致性。平台继承MICAPS4的微内核组件服务、高性能渲染引擎和开放式插件扩展管理等优良特性,实现面向智能网格预报的业务编排、智能编辑和算法集成。目前,该平台已经实现业务应用,为全国智能网格预报业务提供重要支撑。     

数据湖技术在气象卫星资料业务共享中的应用

文章依托大数据云平台·天擎系统的共享NAS存储,通过省级气象通信系统的文件分发策略,将气象卫星广播数据迁移到共享NAS上进行统一存储。基于B/S系统构架搭建气象数据湖对大数据云平台·天擎系统的共享NAS存储上的数据进行统一管理。数据湖提供了前端图形界面对目录权限和账户权限统一管理,一方面规范了数据访问权限,保障了数据和账户的安全性。另一方面解决了因数据反复迁移、多处存储而造成的资源浪费,符合气象业务的发展需求。     

世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台设计与实现

世界气象中心(北京)建设是中国气象局承担世界气象组织(WMO)的全球数据处理和预报系统(GDPFS)要求的任务,为全球实时气象预报预测业务提供高效丰富的无缝隙天气气候监测、预报、预测分析指导产品及数据产品服务共享,提高区域性国际天气业务会商交流效率,国家气象中心设计并实现了世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台,通过分析全球监测、预报预测等业务数据海量、异构、实时性强等特征,采用浏览器/服务器(B/S结构)多层架构和分布式实时处理、任务调度等关键技术实现了全球实况监测、天气模式、气候模式、模式检验数据的高效加工预处理、产品分析制作、产品自动流转、网络服务共享和业务指导等全流程业务功能,并提供了国际天气预报会商等专业化功能。平台自2018年6月6日业务运行以来,已有13个国家和地区注册会商用户,超过15万次全球访问量,为全球专业用户高效提供了全球实时天气监测、预报服务产品业务指导,未来将成为中国气象局对外气象业务指导和气象服务的重要窗口和纽带。     

一种基于NoSQL的气象非结构化数据产品存储方法

基于一种面向气象非结构化数据产品的NoSQL存储方法,综合气象网格化数据产品的结构及其应用场景,设计了NoSQL中的列存储数据库,并通过优化表格存储方式提高存储、访问效率。根据数据产品的类型、时间、预报时效等信息,制定主键列,属性列和数据列,设计数据存储模型。对数据列大网格进行切分,用网格点序号标记数据列名,并制定数据压缩策略,从而提高数据访问的整体效率。以气象数值预报产品为例,利用阿里云的OTS产品进行模拟测试,结果表明,基于NoSQL技术的列存储数据库可以满足产品服务平台的数据支撑要求,为分布式数据、云计算等技术的推广应用提供参考。     

国家气象计算网格的设计与建立

气象部门内高性能计算资源与支持能力具有地域分布不均匀的特点,地方部门与国家级单位相比,在资源丰富程度和开发应用水平上都存在较大差距。针对气象部门国家级、地方单位的资源整合、共享和管理的需求,该文提出了一个国家气象计算网格的设计方案。设计方案采用国家级、区域、省级三级节点布局,通过跨广域范围的气象宽带网互联,基于整合的资源平台设置了资源管理、应用服务和用户接口等功能层模块。利用UNICORE等关键技术,开发实现了气象计算网格软件模块。建成了一个全国分布的6个网格节点,提供网格中间件和定制业务运行两种资源共享服务方式。业务运行以来,为资源匮乏地区的气象用户共享分发预报服务产品,为当地的减灾防灾工作做出了贡献。     

全国综合气象信息共享系统的设计与实现

为满足对海量气象数据管理和服务的需求,国家气象信息中心设计开发了全国综合气象信息共享系统 (CIMISS)。该文描述了系统基本设计思路、功能结构、基础平台体系结构、信息流程,阐述了系统为用户提供的基础数据使用环境。系统由数据收集与分发系统、数据加工处理系统、数据存储管理系统、数据共享服务系统、业务监控系统5个业务子系统组成,承担数据收集、加工处理、存储管理、共享服务和业务监控任务。系统设计和开发采用了一系列现代信息技术,包括基于消息和文件共享的平台内信息交换、气象数据标准化分类、数据处理作业调度和算法的动态扩展、元数据的设计和应用、公共配置信息管理、全流程业务监视和调度控制、面向服务的多维度数据存储策略、全局数据访问视图和统一访问接口设计等。该系统为我国国家级和省级气象业务提供了统一规范的气象数据使用环境。     

OpenMediaVault存储方案在智能网格预报业务中的应用

为满足智能网格天气预报业务的应用需求,设计并搭建NAS网络存储方案。方案基于Debian Linux操作系统,通过搭建虚拟机环境,使用Open MediaVault软件等技术开发而成。使用该网络存储方案可以将存储设备与服务器彻底分离,集中管理和共享数据,从而释放带宽,提高性能,大大降低存储成本,提高重要天气预报业务系统运行效率。     

专业气象服务业务工作平台实现

根据省级专业气象服务的需求和业务工作流程的需要,设计开发了业务系统工作平台,平台针对专业气象服务产品制作数据来源的多元化,进行了资料采集的实时数据监测及分类处理,具有专业用户分类管理和用户权限相结合的统一集成的专业气象服务产品多功能制作界面,能动态生成每天专业气象服务产品制作流程,系统可对用户制作的产品进行产品预览、存储、发布和系统用户日志管理等操作,实现了集数据信息采集处理、产品加工制作、产品分类发布、业务功能管理等功能的省级专业气象服务业务工作平台.     

中国农业气象业务系统(CAgMSS)设计与实现

中国农业气象业务系统(CAgMSS)是基于C/S架构,研发的面向国家级和省级农业气象服务的业务工作平台,主要包括农业气象监测评价、作物产量预报、灾害监测评估、农用天气预报等子系统,是农业气象业务的基础性软件。系统融合现代信息技术和农业气象业务技术,实现了全部子系统数据管理、模型运算、产品制作等业务流程的一体化。系统采用大型关系型数据库规范了农业气象各类业务数据,基于插件技术集成各项业务功能,实现多元数据、多指标、多模型在农业气象监测、评价、预报等领域的综合应用,提高了农业气象产品的定量化、精细化、客观化水平。系统于2012年投入业务应用,基于该系统制作的农业气象情报、作物产量气象预报、农业气象灾害影响评估、关键农时农事气象保障等服务产品,在指导全国农业生产和防灾减灾中发挥了重要作用,明显提高了农业气象业务能力和业务工作效率。