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。     

近百年全球地表月气温数据的概况与初步整合

基于国际上最著名的4套全球地表月气温数据集,即英国东安格利亚大学气候研究所数据集（CRUTEM3）、美国国家气候数据中心数据集（GHCN-V3）、美国国家航天航空局数据集（GISSTMP）和Berkeley地球表面气温数据集,从分析现有资源的状况入手,通过广泛的国际调研与合作,整合了这4套全球地表逐月气温数据集和一些主要国家或地区的区域数据集,研发了中国第一套全球陆地表面逐月气温站点数据集。该数据集共包含全球9519站、7073站及6587站的月平均气温、最高及最低气温（序列长度不低于20年）数据,同CRUTEM3和GHCN-V3数据集相比,该数据集站点密度在各个区域都有所增加,尤其是在南美洲、非洲及亚洲地区;另外,1990年代以来的站点数量显著增加,有利于降低自1990年以来全球气温变化趋势估计的不确定性。     

全球地面天气报资料质量控制和数据集特征分析

在参考借鉴国内外质量控制的先进方法和技术的基础上,结合全球地面天气报资料的实际情况,阐述了全球地面天气报历史资料质量控制的方法以及质检码综合决策算法的原理.通过对"全球地面天气报质量控制数据集"(1980～2002年)中的270个数据文件进行全面的测试,分析了数据集的主要技术特征.     

全球地面天气报数据集错站情况分析及处理方法的研究

全面分析了全球地面天气报数据集区站号存在的问题、错误区站号的存在对使用资料的影响以及错误区站号产生的原因,提出了解决错误区站号的相应处理方法.同时,对处理后的全球地面天气报数据集区站号的情况和原数据集区站号进行比较分析.     

基于多套再分析数据的全球山脉力矩计算及比较分析

山脉力矩是地球与大气角动量交换的重要途径之一,为了深刻地理解全球的大气环流变化,比较了NCEP再分析数据、欧洲中心中尺度天气预报的ECMWF再分析数据和NASA的MERRA再分析数据计算的1979-2012年的全球山脉力矩的时、空分布及其年际变化。研究发现三套数据计算的山脉力矩空间分布基本一致,均显示北半球的青藏高原、落基山脉以及南半球的安第斯山脉是对全球山脉力矩贡献最大的三个区域。NCEP再分析数据计算的山脉力矩空间差异和多年变化标准差明显高于其他两套数据,其在纬向上的积分廓线与其他两套数据也差异较大,但是全球积分以后其平均值与标准差与其他两套数据基本一致,而且其在欧亚、南美和北美区域的积分与其他两套数据也没有明显差别,因此,NCEP再分析数据适用于大尺度的山脉力矩模拟。在研究空间尺度较小的山脉力矩变化时,建议优先考虑ECMWF和MERRA再分析数据。三套数据对北美地区山脉力矩计算的一致性较高,其次是欧亚地区,对南美区域山脉力矩计算的一致性则较差,表明北美地区气象数据质量要高于亚洲,南美洲气象数据质量较差。欧亚地球山脉力矩与大西洋-欧洲环流有很强的相关,北美山脉力矩与太平洋区极涡面积关系密切。      

IGRA全球站点探空数据集介绍及其资料质量状况分析

美国国家气候数据中心（NCDC）研制的全球站点无线电探空资料数据集（The Integrated Global Radiosonde Archive,简称IGRA）包含全球1538个探空站点从1938年至今的多层次、多要素逐日探空资料。该数据是目前全球范围内时空密度最高、资料最为完整的一套高质量探空站点资料数据集。对该数据集概况及探空资料的质量控制过程进行了概述,并对该资料存在的质量问题进行分析。结果表明：该数据集虽然进行了质量控制,但是该数据集中部分资料的质量仍然存在问题,如该套资料中1973年之前的中国区域探空温度资料存在较大的问题,与国家气象信息中心整理的中国区域探空资料相比,两套资料中各站在1973年以前的不一致率都达到了70 %以上。另外,该套资料中风速资料在1975-1978年以及1981年错误较多,这5 a中出现的错误资料占所有错误资料的50.74 %。而这5 a中错误资料的分布也比较集中,风速出错站点主要分布在美国南部和阿拉斯加、非洲中部和南部以及俄罗斯。全球大部分探空台站通过全球通讯系统进行传输资料集中在1980年以后,因此本数据集中1980年以后的探空资料质量和完整性相对较高。结论和分析为用户使用该数据集提供了很好的参考依据。     

Micaps数据服务器本地化T639全球模式06UTC和18UTC

介绍了如何利用Micaps数据服务器对T639全球模式06UTC和18UTC(世界时)进行本地化,有效解决了使用中国气象局数值预报中心在2012年4月1日下发的T639全球模式解码程序操作步骤处理产品数量不齐全的问题,给预报员提供数量完整的T639全球模式预报产品.     

大批量的并发数据实时处理方法的研究

通过采用缓存技术、线程技术、模块化处理技术解决了大批量的并发数据实时处理的难题,并给出了缓存交互模块的流程图以及系统的实现.     

WIS的实现技术研究及应用

WIS是世界气象组织（WMO）正在实施和建立的新一代信息系统,是未来支撑WMO所有计划以及其他国际组织有关计划的数据传输和服务平台。WIS由国家中心、数据收集或产品中心和全球信息系统中心（GISC）等三级功能中心组成,其中,GISC是WIS的核心功能中心,承担WMO及有关国际组织各项计划的实时数据和产品的收集分发,提供全部WIS数据的访问接入。中国气象局作为世界气象组织中有重要影响力的会员,建成北京GISC,成为WIS中支撑责任区内及区域间数据交换的核心功能中心之一是中国气象局的既定目标。本文介绍了WIS的功能结构,分析了元数据同步、数据发现、数据同步等WIS/GISC关键功能的实现技术及其在北京GISC系统设计和开发中的应用。     

气候模拟数据的订正与应用——以北京为例

为了消除气候模拟数据中气候平均值和气候变率的漂移,发展了一种新的数据订正方案。应用该方案对IPCC提供的B2情景下北京未来100 a气候预估值进行了订正试验,证实了方案的可用性。在此基础上分析了北京未来气候变化特征,结果表明：21世纪北京气温将继续上升,升温速率约为0.31℃/10 a,最低、最高气温的非对称变化仍将持续;未来北京年降水量呈微弱下降趋势,下降速率约为1.03 mm/10 a。     

“北京气象”手机客户端气象信息GIS快速可视化技术

随着移动互联网和智能手机技术的发展,客户端APP应用是满足便捷、高效、可移动、可定位气象信息服务的重要途径和手段。通过对格点天气、雷达回波、专题图等更新频次高、空间分辨率高、数据量较大的气象信息手机客户端GIS快速可视化关键技术的研究和实践,提出在服务器端应用支撑层部署Surfer专业绘图软件,在客户端数据资源层部署Google预先渲染好的离线栅格瓦片地图,应用支撑层部署开源的OpenLayers WebGIS二次开发组件,在两端应用逻辑层采用数据缓存和分布式存贮技术的手机客户端气象信息GIS快速可视化J2EE技术架构,实现了格点产品、雷达回波、专题图等气象信息GIS快速可视化展示。     

全球气象资料客观分析系统的分布式并行化

对已有的率行算法进行并行化，是一项很困难的工作。通过对全球气象资料客观分析系统率行算法的研究，提出了在MPP高性能计算机上的一种静态分配数据的分布式并行算法。该算法通过间隔选取分析盒子和模式格点纬圈行，将数据分配给不同的处理机实现分布式并行。该并行算法负载平衡好，并行效率高，而且并行化代价较低，具有良好的可扩展性。最后，给出了并行算法的性能测试结果。     

AMDAR资料在北京数值预报系统中的同化应用

该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC),通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析,探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明:飞机观测资料的同化对于前9 h预报时效内的高空风和温度预报有明显的正面影响。其中,对风预报的正面影响集中在925~250 hPa高度上;而对温度预报的正面影响主要体现在850~400 hPa之间的各层内。在快速更新循环的暖启动模式下,飞机观测资料同化比冷启动模式下带给预报结果更明显的正面贡献。飞机观测资料参加同化对于降水预报技巧的提高也有正面效应,对24 h和12 h累积降水量TS评分以及12~18 h和18~24 h时段内的6 h累积降水TS评分有明显提高,提高的最大幅度达50%,并对相应阈值和时段内无飞机观测资料参加同化的试验中雨区偏大现象有改善。分析增量分布特征与同化带来的风温要素3 h预报改进的垂直特征基本对应,表明飞机观测资料参加同化对初始场中风场和温度场质量的改进。     

CIMISS数据存储管理系统结构优化及应用

针对CIMISS数据存储管理系统在业务运行中出现的性能瓶颈问题,在分析该系统流程的基础上,根据性能瓶颈出现的不同环节开展相应的优化工作,针对数据存储性能问题,分析了传统Share Disk和最新Share Nothing架构的差异,设计了分布式数据库的部署方案和嵌入CIMISS技术方案。针对业务调度进程的性能瓶颈,优化了相应的调度记录项。数据分析表明,上述优化措施实施后,数据存储管理系统的服务性能和运行稳定性提升明显,数据服务接口皆有数倍的性能提升,非结构化数据平均入库及时率高于98%,为各类气象业务应用提供了稳定可靠的数据环境支撑。     

探空报在区域中尺度同化系统中的优化处理

通过对同化系统中常规探空观测资料分类、解码程序的优化,实现了常规探空天气报告全部要素的提取和解码,提高了常规探空天气报告的利用率。     

The Application of ARGO Data to the Global Ocean Data Assimilation Operational System of NCC

1. Introduction It is well-known that the state of ocean plays very important role in the climate change. But there is a paucity of the ocean observation data. The data distri- bution in the space, time and different components is very inhomogeneous, even in some areas, there are no any observation data. Hence, it brings some diffcul- ties to the scientists to study many problems relevant to ocean. This situation has been being changed since ARGO (Array for Real-time Geostrophic Oceanogra-…     

大城市气象服务信息系统数据存储体系框架设计与实现

海量气象数据的存储、管理以及信息服务的实现一直是气象信息处理中的关键问题。文章系统介绍了我国大城市气象服务信息系统技术框架中气象数据种类和数据格式、数据结构和数据存储体系以及各主要数据类型的管理和存取方式。     

内存转发模型在CIMISS数据收发系统中的应用

针对国家气象信息中心现有数据收发业务在时效方面存在的问题,对现有模式进行剖析,找出现有流程中存在的问题,以及这些问题的产生原因。在此基础上,以气象卫星数据为对象,提出了应用内存转发模型。在该模型中,通过利用内存共享机制将数据接收流程和数据转发流程联系起来,建立通路,减少了多个中间处理环节,提高整个数据转发时效。参照内存转发模型,设计出适用于国家气象信息中心业务流程的统一数据转发流程,并通过对FTP服务端程序模块进行改造,在服务端实现了统一数据转发流程。通过性能测试,对两种转发模式的时效进行对比和分析,验证了内存转发模型的时效优势。     

北京快速更新循环预报系统（BJ-RUC）模式探空质量评估分析

快速更新循环(Rapid Update Cycle)预报技术在国外已有多年研究并用于日常业务数年。北京市气象局2007年在国内建立了首家快速更新循环预报系统(BJ-RUC),并成功应用于奥运气象保障服务。使用单站(54511)实况探空,检验分析了BJ-RUC系统的探空预报性能。分析结果表明,BJ-RUC预报的模式探空与实况各要素的变化趋势有很好的一致性。其中,温度预报与实况相关性最好,风的预报次之,露点温度(尤其400 hPa以上)最差。对不同层次各要素的预报,中层最好,低层次之,高层较差。系统预报的温度、露点温度和南风分量偏大,风速和西风分量偏小。BJ-RUC对温度和中低层露点温度的预报系统误差明显,可以通过对初始场的订正等方法对其进行系统订正。初始时刻各要素与实况的相关性最好,各预报时效误差分布趋势与初始场的一致。大多数情况下,随着时效的增长预报误差增大。BJ-RUC对基本要素的预报误差使得系统对K指数预报平均偏大、CAPE偏小、高空垂直风切变偏小。但系统对K指数、CAPE和高低空垂直风切变等物理量的变化趋势预报较准确。无论基本要素,还是计算的物理参量,12小时时效内的预报误差较小、与实况的一致性较好,在短时临近预报中具有较高的参考价值。