氣象信息系統(tǒng)的構成

1、濱江學院 氣象組網課程設計報告( 2013 - 2014 年度第 二 學期)課程名稱： 氣象組網課程設計 題 目： 氣象信息系統(tǒng)構成 院 系： 計算機系 班 級： 計科3 學 號： 20112308904 姓 名： 竇同慶 指導教師： 李振宏 日期：2014 年 5月 28日氣象信息系統(tǒng)構成摘要：目前氣象部門內的氣象信息系統(tǒng)主要由通信系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、計算環(huán)境、數據管理與服務幾個部分組成。關鍵詞：通信系統(tǒng) 網絡系統(tǒng) 高性能計算系統(tǒng) 數據管理與服務一、引言氣象信息系統(tǒng)是氣象信息與技術保障體系的組成部分，是氣象業(yè)務的公共技術基礎支撐系統(tǒng)，主要包括通信與網絡、高性能計算機、信息存儲與共享、數據處理與管

2、理、探測數據質量控制、氣象儀器與觀測方法研究、氣象技術裝備管理、氣象儀器的計量檢定、技術保障等。氣象信息交流是現(xiàn)代氣象業(yè)務的基礎系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。他主要包括：通信網絡、數據存儲管理與共享服務，高性能計算機交流等，信息交流作為氣象信息的傳輸，存儲管理、計算機處理，資源共享的基礎設施，其發(fā)生是氣象現(xiàn)代化水平的重要標志之一，并直接影響到氣象業(yè)務部門和廣大用戶能否及時快速的獲取和發(fā)送國內外氣象信息，關系到氣象能否為各級政府，國民經濟國防建設等提供優(yōu)質氣象服務，氣象信息交流的發(fā)展經受到其他氣象業(yè)務交流發(fā)展的驅動，又制約著其他系統(tǒng)的快速發(fā)展。二、氣象信息系統(tǒng)的構成氣象信息系統(tǒng)是整個氣象事業(yè)的公共技術基礎設施

3、，是國家信息基礎設施的重要平臺和組成部分，是世界氣象（氣候系統(tǒng)）基礎設施的重要節(jié)點，是整個多軌道業(yè)務技術體系能否高效能運轉的基礎保障。氣象信息技術體系的作用是面向國家需求和世界氣象領域科技與業(yè)務發(fā)展提供基礎氣象信息資源服務。氣象信息系統(tǒng)總體結構框架與體系關系示意圖：2.1通信系統(tǒng)通信是通過某種媒體進行的信息傳遞。計算機網絡是利用通信設備和介質將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)連接起來，以功能完善的網絡軟件實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。簡單的說即連接兩臺或多臺計算機進行通信的系統(tǒng)。氣象通信系統(tǒng)主要承擔著各類觀測資料、預報預測和服務產品等的收集與分發(fā)、對世界氣象組織非洲區(qū)域氣象通信樞紐相關

4、業(yè)務進行實驗監(jiān)控等功能。2.1.1通信系統(tǒng)的組成 信源發(fā)送器信道接收器信宿數據信號信號數據計算機A計算機B（數據傳輸子系統(tǒng)）信源：信源是發(fā)出信息的源，其作用是把各種可能消息轉換成原始電信號。 信道：是指傳輸信號的通道，可以是有線的，也可以是無線的，有線和無線均有多種傳輸媒質。信道既給信號以通路，也對信號產生各種干擾和噪聲。傳輸媒質的固有特性和干擾直接關系到通信的質量。 信宿：是傳輸信息的歸宿，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息 2.1.2通信系統(tǒng)的分類按傳輸媒質分:無線通信和有線通信 所謂有線通信，是指傳輸媒質為架空明線、電纜、光纜、波導等形式的通信，其特點是媒質能看得見，摸得著。所謂無

5、線通信，是指傳輸消息的媒質為看不見、摸不著的媒質（如電磁波）的一種通信形式按信道中所傳信號的特征分按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可以相應地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數字通信系統(tǒng)。按工作頻段分按通信設備的工作頻率不同，通信系統(tǒng)可分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。氣象領域的通信系統(tǒng)是整個通信系統(tǒng)的一個具體應用領域，一個分支，因此氣象網絡通信系統(tǒng)和其他部門特別是通信部門的通信系統(tǒng)有著很大的相關性和相似點。 氣象通信系統(tǒng)主要包含兩大部分：無線通信系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)：無線通信方式是氣象通信系統(tǒng)的一個重要組成部分，氣象領域的無線通信方式主要有衛(wèi)星通信和GPRS/CDM

6、A兩種方式，我們主要介紹一下衛(wèi)星通信方式。2.2網絡系統(tǒng) 氣象網絡系統(tǒng)包括世界氣象組織全球電信系統(tǒng)、覆蓋全國的氣象廣域網、各級氣象部門的計算機局域網、互聯(lián)網接入網、電子政務外接網接入網等，其主要功能是為氣象信息的收集、分發(fā)與共享提供高效、安全的數據傳輸途徑和能力，為基于網絡綜合應用系統(tǒng)和計算機資源的共享有效、安全的支撐，承擔自身的監(jiān)控功能。 建設綜合通信與高速計算機網絡系統(tǒng)。根據世界氣象組織對全球通信系統(tǒng)（GTS）技術發(fā)展的規(guī)劃及北京國際氣象通信系統(tǒng)作為亞洲區(qū)域氣象通信樞紐的要求，對北京國際氣象通信系統(tǒng)適時升級換代，不斷提高其資料的國際交換與服務能力，使之成為世界氣象組織全球通信網上的主干節(jié)點

7、，成為世界氣象組織全球信息系統(tǒng)中心(GISC)之一。 根據業(yè)務需求，采用窄帶與寬帶、有線與無線相結合的通信方式，建設高效、可靠和安全的全國氣象通信網絡系統(tǒng)，滿足觀測資料的實時收集、產品分發(fā)、信息交換、天氣預報電視會商、災難備份系統(tǒng)高速連接等需要。 采用光交換等新技術升級改造國家級氣象業(yè)務骨干計算機網絡系統(tǒng)，提高網絡的性能和可管理性，在保證網絡服務質量的同時不斷適應國家級業(yè)務發(fā)展的需求。適時升級改造省級計算機網絡系統(tǒng)，使其具備高可靠性、高可用性與安全性，主干達到每秒1000兆比特（Mbps）以上的傳輸能力。 建設海量資料存儲檢索與共享系統(tǒng)。該系統(tǒng)由大容量磁盤陣列、大容量自動磁帶庫等存取設備、有較

8、強數據處理和數據管理能力的高性能計算機和配套軟件系統(tǒng)、高速傳輸的網絡等組成，可實現(xiàn)實時與歷史資料的管理與服務自動化。 建立綜合氣象資料收集、加工和存儲服務子系統(tǒng)，建立多圈層、多學科的地球系統(tǒng)觀測資料分布式虛擬數據中心，開發(fā)氣候系統(tǒng)各圈層標準規(guī)范、質量可靠、長序列的數據集產品，構建氣候系統(tǒng)資料共享系統(tǒng)。 建設國家級氣象信息網絡異地災難備份系統(tǒng)。即在北京之外，建設由海量存儲檢索系統(tǒng)、高性能計算機系統(tǒng)和通信網絡系統(tǒng)等組成的國家級氣象信息網絡與氣象關鍵業(yè)務的異地災難備份系統(tǒng)，以保障氣象信息安全和全國氣象業(yè)務可靠運行。2.3高性能計算系統(tǒng)所謂高性能計算，即為高性能計算機和高性能服務器的應用，是各國特別是

9、發(fā)達國家竟相爭奪的戰(zhàn)略制高點。作為國家信息基礎設施的核心，就氣象部門而言，高性能計算對我們的科學研究和技術創(chuàng)新具有戰(zhàn)略性影響。高性能氣象計算環(huán)境主要是指為數值天氣預報、氣候預測與預估等業(yè)務和研究所提供的高性能計算資源。氣象工作離不開高性能計算機：人類從人力推算到高性能計算機，傾注了無數人大量的心血和努力。對于現(xiàn)代天氣預報和氣象研究工作，高性能計算機則占據了極其重要的位置。 隨著社會經濟的發(fā)展，政府、社會和公眾對氣象預報和服務提出了更高的要求，特別是一些特殊氣象保障任務需要預報員提供定點、定時、定量的精細氣象預報和服務。而對于現(xiàn)代天氣預報而言，為確保其實施的實效性和運行的穩(wěn)定性，必然要求建立在數

10、值預報基礎之上，但數值模式普遍具有計算規(guī)模巨大、高精度等特點，于是高性能計算機便成為了現(xiàn)代氣象研究的中流砥柱。 數值天氣預報水平的高低已成為衡量世界各國氣象事業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標志。美國國家大氣研究中心與科羅拉多大學合作，采用了IBM藍色基因超級計算機來仿真海洋、天氣和氣候現(xiàn)象，并研究這些現(xiàn)象對農業(yè)生產、石油價格變動和全球變暖等問題的影響。日本科學家研制成功了代號為“地球模擬器”的超級計算機，其主要目的就是要提供準確的全球性天氣預報，使各個國家和地區(qū)更好地防御暴風雪、寒流和酷暑期的到來。 我國是一個幅員遼闊的國家，在氣候上呈現(xiàn)多層次、多樣性、多變性等特點，尤其是近幾年洪澇、干旱等自然災害比較嚴

11、重，及時、準確的天氣預報逐步受到重視，因此隨著地區(qū)氣象市場的逐步成熟，更高效率的高性能計算機成為了人們關注的對象。作為國產服務器第一品牌的曙光公司，一直以來就非常關注氣象領域對高性能計算機的需求。 由于采用了軟硬件一體化設計，曙光氣象專用機在硬件平臺上直接移植了目前在中尺度數值天氣預報領域處于領先地位的NCA MM5系統(tǒng)，這套系統(tǒng)每天自動定時定點進行業(yè)務系統(tǒng)預報，從數據導入到氣象繪圖的整個流程自動完成，不需要人工干預；用戶可以隨時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行，大大節(jié)約了操作的時間。甚至不需要任何計算機系統(tǒng)知識的培訓，用戶就可以快速掌握整個預報系統(tǒng)。而且該系統(tǒng)既可以作為業(yè)務預報系統(tǒng)，又可以作為氣象研究和測

12、試的平臺，一機多用，用戶可以根據自己的需要進行參數設定和算法調試。系統(tǒng)還提供了數據保存功能，使得用戶可以對以往一個月內不滿意的預報進行重新計算和分析，最大限度地滿足了氣象部門準確及時預報的需求。 氣象工作離不開高性能計算機，而且每隔三四年就有一次主機的更新，速度還要提高一個數量級。在前10年，我們還只能選擇國外品牌高性能計算機，而近幾年以曙光為代表的高性能計算機已經明顯提升了氣象服務的綜合實力。曙光機在我國氣象領域取得了非常廣泛的應用，大大促進了中國氣象科技水平的提升，為老百姓的日常出行和眾多國家重大工程提供了強有力的保障。從日常天氣預報到大型氣候研究、從陸地到海洋、從地面水文氣象到太空天氣等

13、領域，都活躍著曙光高性能計算機的身影。2.4數據管理和服務系統(tǒng)通信是通過某種媒體進行的信息傳遞。計算機網絡是利用通信設備和介質將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)連接起來,以功能完善的網絡軟件實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。簡單的說即連接兩臺或多臺計算機進行通信的系統(tǒng)。氣象信息服務是指將預報、預測以及觀測等信息進行再組織、評價、選擇與再加工，并使之有序化，成為用戶易于理解、方便利用和有價值的信息，最后通過多種方式將信息傳遞給需要服務的用戶。隨著社會經濟和科學技術的不斷發(fā)展，氣象在農業(yè)、民航、軍事等領域的作用越來越被人們所重視。同時氣象業(yè)務也正邁向市場化，需要具備提供及時、全面的氣象信息服務

14、的能力。因此，面向各個領域和用戶群體的氣象信息服務需要具備以下特點：（1）精確性：向用戶提供精確的氣象數據。（2）實時性：保證用戶及時獲取所需的氣象信息。（3）交互性：用戶可以與氣象業(yè)務系統(tǒng)進行交互，而不是被動的接受數據。（4）針對性：各個領域對氣象數據的要求不同，因此，氣象信息需要具有針對性。在數據庫技術和網絡技術的不斷發(fā)展推動下，氣象信息服務技術得到了飛速的發(fā)展。目前，許多基于數據庫技術開發(fā)的氣象信息服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了氣象信息服務的實時性、交互性和針對性，方便了氣象數據的存儲、處理和共享。這些氣象業(yè)務系統(tǒng)在應用時，往往與網絡技術相結合，形成基于b/s或c/s的氣象信息共享、查詢、處理系統(tǒng)。系

15、統(tǒng)在運行時，客戶端需要與遠程數據庫服務器在一個以太網環(huán)境下?？蛻舳送ㄟ^高速網絡向數據庫服務器提交請求，與服務器進行數據傳輸。但是，這類氣象業(yè)務系統(tǒng)在運行時，用戶被局限在一個有線的網絡環(huán)境中，其查詢信息時受到地理位置等因素的限制，從而使系統(tǒng)的應用缺乏靈活性。目前，移動通信技術已趨于成熟，同時，越來越多的客戶希望能夠“隨時隨地”的查詢氣象信息。許多氣象部門開始著力于基于移動通信技術的氣象信息服務系統(tǒng)的開發(fā)。如基于短消息平臺的氣象信息服務系統(tǒng)已經在一些地區(qū)得到應用。但這種氣象信息服務系統(tǒng)以短消息形式發(fā)送氣象數據，存在操作不便，數據顯示方式單一，可擴展性不強等不足。而采用移動數據庫技術開發(fā)氣象信息服務

16、系統(tǒng)則可以有效解決這些問題。2.5信息共享平臺信息共享平臺指信息系統(tǒng)為各方面用戶提供信息系統(tǒng)資源共享（數據、信息、計算等）的服務系統(tǒng)，是信息系統(tǒng)面向用戶的窗口。 三、 總結氣象信息系統(tǒng)是整個氣象事業(yè)的公共技術基礎設施，是國家信息基礎設施的重要平臺和組成部分，是世界氣象基礎設施的重要節(jié)點，是整個多軌道業(yè)務技術體系能否高效能運轉的基礎保障。氣象信息技術體系的作用是面向國家需求和世界氣象領域科技與業(yè)務發(fā)展提供基礎氣象信息資源服務。氣象信息系統(tǒng)是氣象信息與技術保障體系重要組成部分，是多軌道業(yè)務和功能體系的公共技術基礎支撐，起著紐帶與支撐作用。它不僅可以將某一軌道的觀測、預報預測、服務和研究有機結合，構成完整的研究型軌道業(yè)務系統(tǒng)，同時還可將多個軌道有機融合，相互支持，形成