河南省新一代国内气象信息系统的本地化应用分析

新一代国内气象信息系统省级系统,包括信息收发、信息监控、数据存档、信息服务和信息管理5个子系统.该系统采用了先进的负载均衡集群技术和集群文件系统,基于SAN存储架构和数据网络将4台PC服务器和存储连接,实现气象数据及时、准确、高效的传输.根据河南省气象数据传输业务的实际情况对该系统进行本地化配置,最大限度发挥该系统的收集分发效能,同时确保系统安全稳定的运行.对新一代国内气象信息系统出现的典型故障进行分析,找到解决办法,给出对河南省新一代国内气象信息系统日常维护的重点.     

基于WebGIS的气象服务产品自动加工关键技术

针对融媒体时代对气象服务产品加工个性化、准实时、智能化新诉求,以SOA架构组件式开发思想为指导,归纳气象服务产品加工业务共性,提出一套集成应用WebGIS、并行计算和大数据技术的气象服务产品自动化加工解决方案。利用组件开发和工作流引擎技术,搭建面向服务体系架构的产品加工模型装备框架,对产品加工组件进行模型编排,实现无须编程情况下的产品加工模型快速构建;利用基于分布式架构的加工服务器集群技术,搭建加工服务器集群环境,对产品加工模型服务进行发布和管理,实现产品加工任务的秒级高并发处理;利用基于消息和定时机制的加工任务调度技术,开发了产品加工任务调度器,通过设置消息主题和定时计划策略,实现加工任务参数智能解析和适配应用,统一协调触发各加工模型服务进行自动化作业。智能化气象服务产品自动加工系统自业务化运行以来,在加工效率、美观性和扩充性等方面表现出很好的应用价值。以温度、降水、风速、相对湿度全国实况格点服务产品加工为例进行实验,加工耗时由797 s缩减至14 s,效率提高50倍以上。     

GPFS文件系统原理和模式IO优化方法

GPFS(通用并行文件系统)普遍应用于IBM大规模集群系统中,能够为并行应用程序提供高性能的I/O存取访问。该文介绍了GPFS的原理和工作机制,并以安装在国家气象信息中心的IBM高性能计算机系统为试验平台,初步测试了在实际环境中GPFS的应用情况,在应用程序中对文件访问进行性能优化的方式有2种:①由主任务负责全部文件访问,②通过MPI-IO在GPFS中实现并行文件访问。测试结果表明,GPFS可以提供很好的文件访问支持,但要想获得较高的性能,需要在应用程序中进行深入调试。     

省级气象信息共享系统的设计与实现

针对省级气象业务对气象信息管理与共享服务的需求,提出了一套气象信息管理与共享服务系统建设模型。该模型实现了对海量气象信息的有效管理,能够提供气象信息的高效定位、检索,以及要素级的数据服务等功能。系统采用消息型中间件技术,为二次开发提供了便捷的接口,一方面使数据库的安全性和访问效率得到保障,另一方面支持各种不同开发环境和编程语言对数据库的访问,由此实现了开放式的气象信息共享服务。基于该模型开发了省级气象信息共享服务系统,并投入业务应用,对省级业务提供信息支撑作用。     

气候模式-农业气象模式集成系统的小麦灌溉管理新途径

首次采用区域数值预报模式与农业气象模型结合的技术途径, 构成一个气候模式-土壤水分模式-灌溉模式的系统模型。模型的数值天气预报部分采用大气过程与陆面过程耦合的区域气候模式; 农业气象模型采用适用于冬小麦区的土壤水分和灌溉管理预报模型。研究表明, 本模型较农业气象模型中一般用气候平均作为环境背景场的方法其预测能力有显著提高, 并提供覆盖整个小麦生长期的区域土壤水分定量预报和灌溉管理服务, 具有很好的使用和推广前景。     

基于COM模型数据库组件的实现

结合贵州气象信息共享平台数据库的建设,根据软件开发技术的趋势,简要介绍COM组件模型概念和ADO数据库访问技术,详细阐述了在VC环境下实现MyAdo数据库组件的设计思想和实现细节,以及MyAdo数据库组件在气象信息软件开发上的应用。     

全国综合气象信息共享平台架构设计技术特征

全国综合气象信息共享平台（CIMISS）是依托天气雷达数据共享平台工程项目建成的国省统一数据环境,实现各类气象数据的规范管理,直接支撑气象业务应用。该文介绍了CIMISS架构设计及核心内容,结合业务应用效果的实例分析,阐述架构设计如何有效提升数据和应用的集约高效。借鉴企业架构（EA）方法,建立了业务架构、数据架构、应用架构、技术架构和标准规范体系。采用一系列架构优化设计,包括实现元数据统一管理同步、数据质量控制、统一业务监控、异构数据库统一数据服务、优化信息流程、分层设计和集群技术应用等,满足CIMISS标准性、扩展性、稳定性等需求,获得良好的全流程数据服务时效,核心资料接收入库总耗时均小于3 min,数据访问效率较国家级气象资料存储检索系统提升2~5倍。继承现有CIMISS架构设计成果,正在设计中的气象大数据平台整体技术架构将向云平台、分布式存储等新技术升级。     

作业调度软件LoadLeveler在气象模式中的应用

西北区域气象中心高性能计算集群使用LoadLeveler调度管理作业,为实现资源利用率和吞吐量的最大化,本文探讨了作业调度管理的作用和方法。通过配置文件关键字定义队列、设置调度算法和调度器调节参数,将作业的处理需求与可用资源进行匹配,依据实际需求定义集群和各种资源的可用性规则,防止作业之间的相互干扰。结合LoadLeveler作业抢占功能,保障区域数值预报业务模式优先稳定运行。利用Perl语言编写脚本对高性能计算机集群进行资源记账,使管理员充分掌握各类应用模式的资源使用情况,合理调整系统资源分配调度策略,充分发挥了西北区域气象中心高性能计算机集群的效益。     

Sybase数据库技术在气候资料开发中的应用

在PowerBuilder开发环境下实现了对地面气象报表信息化处理后的资料建库和气象数据库的多功能操作,为基层台站开发应用气候资料提供了一个有效途径和工具。     

基于RBAC的气象多维数据权限管理模型的建立

在传统的基于角色访问权限管理 (RBAC) 模型基础上结合气象数据自身特点及共享服务中的权限控制需求,提出了一种符合气象资料管理特点的多维度权限管理模型。该模型充分考虑了气象数据进行资源共享时资料分类众多、层次化结构复杂、检索粒度不同等特点,有针对性引入了客体维度概念和更灵活的权限管理机制,较好地满足了气象部门数据共享服务系统建设的需求。该方案作为全国综合气象信息共享平台 (CIMISS) 数据服务权限控制模型的前期试验研究,构建一个多维数据权限管理原型系统用于数据访问控制。作为通用性模型,该模型可以延伸用于气象数据服务类系统应用,对确保数据库的信息安全、防止用户越权访问数据、保障管理信息系统的正常运行具有重要意义。     

国家级气象资料存储检索系统的建立

对国家级气象资料存储检索系统的需求进行了分析，进而对系统进行了功能设计，并在技术调研和分析的基础上确定了功能实现的技术路线:在数据管理方面采用数据库和文件系统相结合的方式；在存储管理方面采用分级存储管理模式，并解决了数据库的分级存储管理技术；在检索应用方面提供了程序调用式检索方式，并通过采用中间件技术实现了基于B/S结构的程序调用式检索；通过选用HPSS技术解决了由异种机型构成的高性能计算机群存储池问题；通过分别建立实时数据库和综合数据库解决了气象资料的规范化存储和实时业务使用需求之间的矛盾；在应用软件开发方面严格按照有关规范进行。     

新一代数值预报系统GRAPES研究进展

中国气象科学研究院 (灾害天气国家重点实验室) 自2000年起, 先后在科技部“973”重大基础项目“我国重大天气灾害形成机理和预测理论研究”和“十五”重点攻关项目“中国气象数值预报系统技术创新研究”支持下, 主持承担了中国气象局新一代全球/区域多尺度通用同化与数值预报系统GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 的研究开发, 围绕着资料同化、模式动力框架、物理过程、大型软件工程等核心技术开展了自主创新研究, 取得了非静力中尺度模式、三维变分资料同化、标准化、模块化、并行化模式程序软件等方面的突出成果, 部分成果已在业务上得到了应用, 显示了良好的技术性能和业务发展潜力。GRAPES系统是完全依靠中国科学家的力量自主研究发展的、先进的新一代数值预报系统。该文简要介绍GRAPES的研究内容、主要研究进展和初步应用, 以及未来发展的初步计划。     

MARS软件在数值预报模式产品数据管理中的应用

该文简单介绍MARS (Meteorological Archival and Retrieval System) 软件的架构及组成部分,并基于MARS软件,介绍了数值预报产品数据管理系统设计与实现。通过在GRIB2数据段对应描述层次类型和气象要素的表格文件中定义新的层次类型和气象要素,在MARS软件解析GRIB2数据所需要查找的相关模板表格文件中定义气象要素对应的产品类型号、要素类别号、要素号、要素名称和要素名称缩写,说明GRIB2数据模板和代码表创建方法。以GRAPES模式产品GRIB2数据为例,实现应用MARS软件管理GRAPES模式产品GRIB2数据。结合存储管理TSM (Tivoli Storage Manager) 软件,研究开发MARS软件和TSM软件连接接口程序,实现数据的直接迁移和回调。以T639L60模式产品为例,通过测试检索性能,MARS软件检索数值预报产品速度超过当前国家级气象数据管理系统数据检索速度1倍,说明MARS软件检索数值预报产品数据具有时效优势。     

应用分布式存储技术优化省级CIMISS数据服务能力

随着气象数据量的不断增长,进一步提升CIMISS数据管理和服务能力的需求变得日益迫切。为解决存储系统动态扩展能力不足、并行计算与吞吐效率低下等限制CIMISS继续发展的问题,采用分布式文件系统和NAS技术替代GPFS建设共享文件系统,实现非结构化气象数据的存储功能;采用分布式数据库替代Oracle RAC建设关系数据库管理系统,实现结构化气象数据的存储功能和非结构化气象数据的索引功能。实践证明,该方案能够有效地改善CIMISS的数据存储能力、并发响应能力,适应未来气象业务对数据存储和应用的需求。     

Parallelization Load Balance Strategy for a Global Grid-Point Model

The Global/Regional Assimilation and PrEdiction System (GRAPES) is a new-generation operational numerical weather prediction (NWP) model developed by the China Meteorological Administration (CMA).It is a grid-point model with a code structure different from that of spectral models used in other operational NWP centers such as the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF),National Centers for Environmental Prediction (NCEP),and Japan Meteorological Agency (JMA),especially in the context of p...     

新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究

概要介绍最近5年在国家科技攻关项目“中国气象数值预报系统科技创新研究”框架内所取得的主要成果，重点是卫星等遥感资料在变分同化中的应用，高分辨非静力数值预报模式的发展，全球资料同化与中期数值天气预报系统的发展，数值天气预报系统的模块化与并行计算，数值天气预报新技术的研究等，并扼要介绍我国新一代数值天气预报系统的业务应用试验。最后，对我国数值天气预报的进一步发展做了讨论。     

台风试验陆地加密观测在数值天气预报中的作用

采用国家气象中心（NMC）有限区同化预报系统（HLAFS）和华北区域分析预报系统（NCAFS）的基本方案,选择“八五”期间台风试验期进行陆地测站特殊加密观测的两个台风个例作数值天气预报（NWP）试验,探讨这些资料在NWP中的作用。试验结果表明:陆地测站加密地面观测资料,对NMC的NWP系统的预报,尤其在较高分辨率情况下,具有较明显的改进作用。     

基于Hadoop的数值预报产品服务平台设计与实现

数值预报产品数据与日俱增,采用传统的关系型数据库对其进行存储和管理存在效率低和存储能力不足的问题。另外,基于文件的存储方式在数据存储处理、数据读取和算法计算等方面存在性能瓶颈。针对这一问题,基于Hadoop技术体系设计了分布式的数据存储模型,实现了数值预报产品数据的分布式存储和处理,开发了数值预报产品数据接入处理模块;并实现了基于Rest Web Service的获取数值预报产品要素场数据访问接口、时间序列数据访问接口、数据下载接口等业务应用接口。多业务用户的实际业务测试表明, 该平台在诸如数值预报产品气象数据处理和业务应用方面较传统技术架构具有一定优势。     

北京地区中尺度非静力数值预报产品释用技术研究

在国家气象中心与北京市气象局联合开发的“北京地区中尺度数值预报业务系统”基础上，充分利用高分辨率中尺度数值预报产品和地面加密气象观测资料，分别使用统计和动力释用方法进行局地温度、风和北京市区空气污染状况的预报。试预报结果表明，用卡尔曼滤波方法建立的温度和风的预报效果高于中尺度数值预报直接输出结果；使用中尺度数值预报结果作为一个简单的污染预报动力模式的气象背景场，进行了污染预报试验，结果表明该预报方法具有一定的预报能力，其中SO₂、NO₂、CO浓度的预报准确率在夏、秋、冬三季中均可达到65%以上。上述研究成果已用于业务预报。