MICAPS4网络平台设计与实现

针对多源、海量、实时气象数据的特点和高交互天气预报预警的业务需求,设计开发了MICAPS4网络平台,该平台包括服务器和网络前端结构,该平台可以实现网络气象数据叠加显示和交互分析等功能。该平台基于统一气象数据模型和分布式实时计算处理框架对多源海量、实时气象数据进行快速处理、计算分析、网络传输和发布,基于HTML5渲染绘制技术实现了浏览器端气象数据的标准实时渲染绘制和交互操作等。MICAPS4网络平台及基于该平台搭建的国家级、省级专业气象网络应用业务系统运行稳定,实现了海量气象数据的网络快速处理分析、高效渲染绘制、预报预警制作交互操作等功能,对建设国家级和省级气象网络应用系统具有重要意义。     

基于CIMISS全国精细化格点预报业务数据环境系统设计与实现

随着精细化预报业务不断发展,迫切需要建立支撑国省网格预报实时同步、协同一致的全国精细化格点预报业务数据环境。本文分析了精细化预报业务的特点,阐述了基于全国综合气象信息共享平台(CIMISS)的精细化格点业务数据环境的系统架构、数据流程、核心功能及相关技术实现。业务运行结果表明,数据环境实现了国省间格点预报实时同步和共享,有效支撑了预报产品的及时订正和发布,保证了国省格点预报一致性。     

MICAPS4服务端系统架构设计

MICAPS4体系采用客户端/服务器的系统架构,其中服务端系统是MICAPS4的重要部分,利用分布式存储与分布式计算技术,构建可容纳102 TB量级的气象实时数据,千万数据总量,面向数百并发用户的服务器集群系统。MICAPS4服务端系统在国内率先实现全部气象实时数据由文件到数据库、从集中式系统到分布式系统的迁移,该系统自2015年起在全国推广使用。在海量气象数据和大量用户并发访问的环境下,表现出很高的稳定性和优越的读写性能,同时具有便捷的扩展性和可维护性。MICAPS4服务端系统分为分布式存储系统、分布式前处理系统、站点实况轮询系统、查询服务器系统和监控系统5个子系统,分布式存储子系统为MICAPS4客户端提供了近实时数据的高速随机与顺序读取服务,分布式前处理系统利用对等分布式架构实现了海量气象实时数据的流式计算,站点实况轮询系统实现了跨系统的实况数据异构副本的同步功能,查询服务器系统利用多线程服务器技术实现了MICAPS4客户端的实时计算请求,监控系统利用部署于每个节点的探针实现监控信息的主动上报。     

海南省气象业务管理信息系统

海南省气象业务管理信息系统充分利用Interent和数据库技术，针对主要业务系统进行实时采集、信息分析，实现了实时监控、评估主要业务系统的运行状况；实现了实时监控各类气象产品的发布情况；实现了实时生成各类气象业务报表和值班日志。     

实时气象信息通信业务处理

《实时气象信息通信业务处理》系统是依托网络环境开发研制的一个实时多任务处理系统。主要完成本区实时气象信息的收集与分发，对下住气象常规信息的筛选转发，兼顾对网络文件信息的管理。系统对实时气象信息的采集主要建立在处理文件的基础上，能够同时从对个以上的用户目录读取实时气象文件信息并形成实时信息库；同时仍然提供两路全双工的异步通信服务，收集电报信息并形成实时信息库。在分发时，系统根据用户的需要将库中的实时气象信息选出并形成用户文件；对下传的气象文件信息系统将根据用户的选择经公报筛选后形成用户文件；系统能…     

基于移动互联网的交通气象服务系统设计与应用

设计并实现了基于移动互联网的交通气象服务系统。通过对用户定位信息与天气现象、能见度、温度、降水、风力等精细化格点数据进行融合,提供了一系列基于位置的创新性交通气象服务:道路前方高影响天气路段语音提醒及气象信息自动化语言表达、基于WebGIS服务的交通气象服务信息展示和基于精细化格点预报数据的智能导航。与传统网页单向式的信息交互方式不同,交通气象服务系统绝大部分数据存储及处理工作在服务端完成,通过Web服务实现了与客户端的双向信息传递,向用户提供精准的基于位置的信息推送。本系统已经在浙江省气象局智慧气象手机客户端中作为一个独立模块实际应用。     

贵州省主要作物农业气候实时客观评价系统研究

“贵州省主要作物农业气候实时客观评价系统”是基于“贵州省实时气象资料业务系统”开发的专业应用程序。大体上包含以下模块（子系统）：光温水资料提取；资料补正；评价主模块（含水稻、玉米、小麦、油彩、烤烟、辣椒等子系统，其中每种作物都含有光照评价模块、温度评价模块、水分评价模块及综合评价模块）。系统从作物生物学特性（如作物发育三基点温度：上限温度、最适温度、下限温度；作物需水供求平衡方程；作物需光特性、光饱和点等）入手，利用实时地面气象资料，分析气象条件对作物发育状况的影响。系统利用贵州全省所有台站实时地面报及AB报资料和各种作物的生物学特点资料，通过系列软件开发，实现能够快速、及时的对贵州主要作物的光（日照时数）、温、水等气候生态条件进行实时定量化评价，满足决策气象服务、气候评价、农业气象等业务服务的需要。     

中山市气象信息精细化一体服务平台介绍

利用广东省气象局历史实时一体化数据访问接口平台(IDEA)与中山本地现有数据进行整合,统一数据源,以达到发布一致性的使用要求。融合广东省气象局精细化格点预报系统(GIFT),针对中山市各旅游景点、交通道路、电力电缆线路等专业部门用户,提供精细化格点预报产品;针对持有手机等定位设备的移动用户提供针对其所在位置的实时基础数据;针对固定于各镇区的显示屏、大喇叭等发布终端提供所在区域的各类气象预警预报信息。由此,构建中山市气象信息精细化一体服务平台。     

全球大气再分析实时资料前处理关键技术研制

针对全球实时气象数据,重点研制面向全球大气再分析的观测资料前处理关键技术,主要包括实现大量实时文件快速解析分类的数据分拣技术,实现多类气象观测要素并行解码的信息提取技术,满足同化数据格式需求和实现分级分类有效存储的自定义模板统一编码技术。关键技术已于2019年6月在国家气象信息中心业务应用,为我国第一代全球大气和陆面再分析业务提供着稳定的实时观测数据支撑。     

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。     

基于NB-IoT技术的小型自动气象站监测系统设计

针对传统气象站通信组网技术复杂度高、建站成本高、时效性差、功耗高等缺点，设计了一种基于NB IoT技术的小型自动气象站监测系统，该系统主要由气象传感设备、单站控制器及物联网云平台组成。该系统以低功耗Corter M3内核的STM32L152微控制芯片为硬件核心，依托气象传感器设备，实现气象要素数据的采集和处理；利用NB IoT技术实现气象站和云端服务器之间的数据传输；利用RESTful API和MySQL技术，实现用户交互、远程终端控制、数据存储、数据显示、数据分析、数据查询等功能。测试结果表明，该系统建站简单、功耗低、数据传输稳定，可实现对气象要素的远程实时监测。     

WebGIS技术在气象网格产品精细化服务中的应用

数值模式已经成为天气预报业务发展的主要方向，数值模式计算产生各种气象网格产品。气象网格产品具有数据量大、更新频次快、专业性强等特点，需要借助专业工具软件进行处理，不能很好满足企业和社会用户使用的需求，应用范围受到极大的限制。面对气象网格产品专业化与气象数据应用需求简单化之间的矛盾，文章提出针对气象网格产品，尤其是实况网格产品和预报网格产品，采用互联网服务手段，通过对网格数据离散化处理的方法，空间化管理的方式，将WebGIS技术应用到气象网格产品服务中。用户在客户端只需要进行简单文字检索或者GIS图形检索，系统便可以实现对气象网格产品中的有效数据进行精细化抽取，最终实现服务精细。文中提出的数据处理方法，对不同行业间气象网格产品的应用起到指导作用。     

气象网格数据的快速渲染研究与应用

随着更高精度的气象网格数据在气象业务中的广泛应用，使用高精度网格数据为社会公众提供精细化气象服务的需求越来越旺盛。针对气象网格数据文件大，网页前端动态渲染效率低等问题，提出基于瓦片金字塔模型的网格数据快速传输和渲染技术的研究及应用。采用服务器端的金字塔模型的瓦片动态切割、压缩传输以及浏览器终端的插值和渲染等技术，实现基于B/S框架下HTML5的气象网格数据快速展示的流程。同时，利用中国区域1 km分辨率多源融合实况分析产品，基于微信小程序终端进行检验发布，试验结果表明，百兆级气象网格数据可视化更新时间达毫秒量级，可以广泛应用于各类空间网格数据高效可视化的页面渲染。     

基于消息通知机制的国省数据共享系统的设计与实现

为解决卫星广播传输缺陷及省级用户获取临省实时观测资料和实况分析产品等迫切的业务需求，设计并实现了基于消息通知机制的国省数据共享系统。系统基于RabbitMQ的消息机制进行业务和数据资源的整合及集成，采用多层体系架构，满足基于地面宽带的数据快速有序下载和卫星广播数据补调等国省数据共享需求，支持大容量多种数据的高速传输，支持HTTP、FTP、SFTP等多种数据传输协议。系统已经上线提供服务，实现智能网格、多源融合实况分析等25种气象资料的国省数据共享，月平均共享数据量达6.3 TB，且建立全流程监视，有效保障数据共享的时效性。     

宁夏气象3S系统

利用多参数条件下的分层量化空间信息处理技术与评估技术，建立了从GPS、RS实时数据采集、校正、反演到GIS多源空间信息综合分析和动态监测的一体化气象3S系统，实现了宁夏气候和农业基础资源信息从传统的定性、单点静态分析到定量和定位的动态精细评估的转变，为农业区划、农业结构调整及生态建设提供了一个全数字、高精度的客观评估和实时监测系统，初步实现了农业资源潜力的均衡利用和可持续发展目标。     

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。     

风云气象卫星数据存档与服务系统

国家卫星气象中心依托风云卫星工程,对多批次工程建设采取统一设计、滚动开发、分批扩展的方法,建成气象卫星数据存档与服务系统。系统架构于多个高性能计算机集群,应用可配置的动态加载容器和多机作业负载均衡并发处理技术将集群构建为高扩展性、高可用、高效率的业务系统。对Internet的全集数据共享技术、分布式时空一体化数据库存储技术、基于WebGIS的全球卫星影像发布技术、可视化处理与显示技术、三维地球影像发布技术、多源数据融合处理技术等多项关键技术进行研究与应用,为用户提供多种数据共享服务方式,提高了数据下载效率。目前,国家卫星气象中心已存档国内外21颗气象卫星801类共1150 TB数据,为24258个注册用户提供各类数据共享服务,该系统亦可通过配置扩展,适应未来国家卫星气象中心数据存档与服务的需求。     

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。     

基于网格数据的内蒙古决策气象服务技术研究与实现

智能网格气象产品包括智能网格预报和cldasV2.0实况分析产品,将智能网格气象产品应用于决策气象服务,可提高内蒙古决策气象服务精细化水平。利用智能网格产品建立内蒙古地区决策气象服务敏感性分析启动阈值,采用动态数据库sql语句对智能网格格点预报数据和格点实况数据进行检测,当检测达到阈值后,自动启动制作决策气象服务材料。基于WebGis的Openlayers技术实现智能网格格点气象要素数据可视化动态展示和图形下载,根据需求设计自治区、盟市、旗县三级不同层级色斑图和格点图下载及预报图和实况图的自动生成；采用Postgres分布式集群数据库快速统计方法实现cldas2.0实况数据统计、计算和查询。