基于“天镜”的CIPAS3.0监控应用设计与实现

本文通过分析“云+端”模式气候监测预测分析系统（简称：CIPAS3.0）的监控需求,给出基于气象综合业务实时监控系统（简称：天镜）CIPAS3.0监控应用架构和流程设计,详细描述了产品监视流程和数据源异常追溯算法,为下一步建设融入气象大数据云平台（简称：天擎）的业务系统通用监控提供了技术思路。CIPAS3.0监控应用实现了数据源、产品和基础资源的实时监视与告警,并提供数据源异常追溯、产品一键补算等功能,解决了数据源下载传输情况不透明、产品手工补算不方便等问题,减轻了运维人员定位和解决故障的工作量,提高了运维效率。本应用于2021年12月通过专家评审并投入业务化运行,截止目前已实现87种数据源和125种定时产品实时监控,为CIPAS3.0的稳定运行提供了保障。     

气候信息交互显示与分析平台 (CIPAS) 设计与实现

气候信息交互显示与分析平台 (CIPAS) 设计为面向气候监测、诊断、预测等基础业务支撑系统。CIPAS设计了面向气候业务应用的集约化基础数据环境,内容涵盖全时间序列的地面常规观测、指数资料、再分析资料以及数值预报产品等,并提供基于要素、层次、时间、范围、种类等查询参数的统一、简单的访问接口 (API);CIPAS设计采用多层次分布式架构并形成轻量级客户端,而客户端则采用组件化和插件化设计方法,涵盖数据、图形、分析处理、版面制图、配置管理等核心组件,形成可扩展和组装的基础业务功能模块及二次开发接口,并以工具箱的形式提供各种气候业务分析能力,如EOF,SVD等诊断分析工具。该文重点对CIPAS的建设原则、总体框架、主要功能、运行流程等设计进行详细介绍,并对平台实现所涉及的若干关键技术问题进行深入分析。CIPAS初步具备了气候资料综合检索、多维显示、统计诊断分析产品生成等综合业务功能,其建设成果在国家级和试点省份的试用显示其较好的业务应用能力与发展前景。     

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。     

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。     

云南“天擎”应用融入示例研究

“天擎”是数算一体的气象大数据云平台,具备海量数据存储、全业务贯通、数据应用高效的能力,支持各类气象应用的“云”化融入,全面支撑“云+端”的气象业务模式。该研究以云南省降水量告警系统为例,分析了应用系统融入“天擎”的全套流程。首先从系统技术架构的设计着手,对照融入要求,确定需要融入的切入点;然后从数据采集、数据存储、产品加工、业务监控、业务应用等5个方面对系统融入流程进行具体研究;最后,针对开发过程中需要注意的关键问题进行技术总结,可为后续融入工作提供参考。研究结果表明,基于“天擎”的系统融入开发流程较为简洁快速,普通开发人员较易上手,整个融入过程能从系统技术架构的多个层面减少不必要的开发步骤,缩短开发周期。     

海南省现代气候业务系统建设与应用

海南省现代气候业务系统是一个综合性业务平台,整合了历史数据、自动站实时数据以及预测数据,主要包含要素统计分析、气候监测、气候预测和气候资料分析以及产品制作等子系统。较以往业务系统相比,实现了数据自动入库、监测业务半自动化,并增添了许多新功能,便捷进行数据分析、绘图和产品制作,实现了气候资料信息化处理。     

气候业务系统运行监控平台设计与实现

为满足国家气候中心各业务系统一体化、精细化监控的需求,设计和实现了气候业务系统运行监控平台。该平台多维度展示了各业务系统的资料及产品完整性、数据库状态、关键进程、数据访问、服务器基础资源等方面的监控结果,并具备故障告警、系统管理、数据推送及展示等功能。本文介绍了平台的运行架构、主要功能,并对关键技术进行了详细阐述。业务实践证明,该平台能够帮助业务值班人员及时、快速、全面掌握各业务系统状态,提高了运维效率,有利于推动气候业务一体化、集约化发展。     

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。     

辽宁省农业干旱监测预报业务系统的设计与实现

为了提高农业干旱的监测预测服务能力,减少农业干旱对社会生产生活的影响,通过对干旱信息的采集、存储、加工处理和干旱产品的制作发布等环节进行梳理与完善,构建辽宁省农业干旱监测预报业务系统,实现了对农业干旱的一体化、精细化和定量化监测和预测,实现了干旱产品的标准化、自动化制作和发布。该系统依托农业干旱监测技术、遥感干旱监测技术、农业干旱预报技术等手段,实现了观测数据的收集存储、干旱信息的展示分析和干旱产品的制作发布等功能,并形成了省、市、县一体化干旱服务体系。最终实现对干旱的全方位监测、立体化服务模式,从而提高应对干旱灾害的防灾减灾能力。该系统的业务化应用提高了农业干旱监测预测的定量化、自动化和智能化水平,提升了地面和卫星遥感干旱监测预测的业务能力。该系统构建的省市县一体化服务模式,形成了省级农业气象业务中心统一制作干旱产品,省、市、县3级同时开展精细化干旱指导服务的体系。     

全球气候监测、诊断业务系统

气候监测是研究气候变化、提高气候预测能力的重要基础。国家气象中心继世界少数先进国家之后,于1990年7月建立了气候监测、诊断业务系统,开展了气候监测常规业务,取得了明显的科研和业务效果。本文介绍了系统的组成、结构、业务产品和系统特点,以利于系统的推广应用和服务。     

积温效应在电力日峰谷负荷中的应用及检验

从电力气象服务需求出发,利用2001—2010年5—9月河北省南电网逐日电力日峰负荷、日谷负荷与对应时间的气象资料,探讨晴热天气和闷热天气对电力日峰负荷、日谷负荷的影响特征。分析发现持续3 d以上的闷热天气相对晴热天气使电力日峰负荷、日谷负荷增长更显著;日最高气温32℃是引起河北省南电网日峰负荷增长的初始气温敏感点,35℃为强气温敏感点,38℃为极强气温敏感点,日最低气温25℃为引起日谷负荷增加的敏感气温临界点;建立了引入积温热累积效应的日峰负荷、日谷负荷多元回归气象预测模型,经2011—2013年应用检验,日峰负荷、日谷负荷预测平均相对误差分别为4.8%和3.5%,提高了预测准确率,对电力调度具有参考价值。     

GMS－5卫星资料的变化和应用

叙述了ＧＭＳ－５卫星资料的变化，特别是展宽数字资料信息格式的变化，以及新获得的红外和水汽图象的应用。     

气象数据云数据存储技术及应用

针对气象数据种类多、信息量大、精度高等特点,传统的关系型数据库系统在存储处理、数据读取等方面存在负载饱和、读写性能不理想等问题,利用云数据存储技术,结合气象数据特征,设计了基于云数据存储平台的气象数据存储和处理方法。通过分析气象数据的结构化、半/非结构化特征,采用云关系型数据库存储结构气象数据;采用NoSQL对象库存储半/非结构化气象数据;在数据的存储过程中,应用了气象数据分块压缩技术,进行气象数据存储和传输。结果表明,所讨论的方法具有很好的存储传输效率,能够满足大规模气象数据在业务应用中对存储查询和处理速度的要求。     

GIS气象数据的管理与表达方法

将气象数据分为离散数据、格网数据和要素数据,在此基础上,建立了气象数据库,包括气象资料信息数据库、社会资料信息库、基础地理数据库和气象空间数据库,并详细分析了气象数据的组织结构、表达和处理方法,最后提出了基于GIS的气象数据管理与表达的处理方法.     

NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较

美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料,并用来检验模拟结果的.作者通过对NCEP的2种再分析资料NCEPI和NCEPⅡ与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值,分析和比较了NCEPⅠ、NCEPⅡ再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及2种再分析资料之间的差异.从结果可以看到,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低,而月降水总量较观测值则偏高;就季节变化而言,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好,冬季较差.同时可以看到,在温度和降水方面NCEPⅡ较NCEPⅠ都有所改进,尤其在中国东部地区,改进较为明显.     

资料插值的进展

对气候学中资料插值、数值天气预报中的客观分析和气候模拟中的降尺度技术作了统一论述，重点是气候资料插值的原理和进展。由于应用领域不同，这些技术也是很不相同的，但它们的动力学和统计学原理是相近或一致的。近十年来三种插值技术，尤其在建立计算机自动化插值系统方面，都取得了长足进展。     

GMS-5卫星资料的变化和应用

叙述了ＧＭＳ－５卫星资料的变化，特别是展宽数字资料信息格式的变化，以及新获得的红外和水汽图象的应用。     

多普勒雷达资料存储方案的探讨

列举了3种存储方式,并结合多普勒雷达资料的特点对其作了一些论述,指出数据压缩是关键,数据存储要用动态眼光去考虑选择合适的存储设备。     

HDF-EOS数据格式及其数据导入

HDF-EOS作为NASA存储和发布EOS数据的标准，专门用于处理各种EOS产品。掌握HDF-EOS数据格式和数据导入是能够充分开发和应用EOS数据信息的关键。文中介绍HDF数据文件中图像模块、科学数据、Vdata模块(表格数据)的结构，HDF-EOS数据文件中点、条带、网格数据和元数据的的数据格式，以及打开HDF格式数据实现对HDF-EOS数据导入浏览的相关软件。