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气象大数据云平台算法集约化环境设计与应用

应用气象学报 2024年第1期35卷 80-89页

作者：霍庆何文春何林高峰陈士旺徐拥军国家气象信息中心北京100081 陕西省气象信息中心西安710014

气象业务系统集约化发展和“云+端”业务技术体制改革是实现气象业务高质量发展的重要措施。2020年中国气象局提出构建以气象大数据云平台为云、气象业务系统为端的“云+端”业务技术体制,明确气象大数据云平台作为关键基础技术平台的... 详细信息

气象业务系统集约化发展和“云+端”业务技术体制改革是实现气象业务高质量发展的重要措施。2020年中国气象局提出构建以气象大数据云平台为云、气象业务系统为端的“云+端”业务技术体制,明确气象大数据云平台作为关键基础技术平台的定位。加工流水线作为气象算法的集约化环境,应用数算一体、高效任务调度、可视化流程编排、容器等技术,实现气象算法的统一管理与高效集约调度运行。2021年加工流水线业务运行,支撑全国202个业务系统的实时运行,业务系统性能提升1~10倍,集约化程度显著提高,对提升业务系统的运行效率、增强业务系统的协同性、加速“云+端”业务技术体制改革进程和推进气象业务集约发展发挥了重要支撑作用。

关键词：加工流水线算法库任务调度数算一体集约化 “云+端”业务技术体制

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地面自动气象站数据流式处理设计与实现

应用气象学报 2024年第3期35卷 373-384页

作者：肖卫青薛蕾刘振罗兵王颖张来恩郭萍霍庆韩书丽何文春国家气象信息中心北京100081

针对观测密度和频次日益增加的海量地面自动气象站数据,在气象大数据云平台(天擎)中设计了基于Storm的实时流式处理,利用大规模并行处理的优势提高地面自动气象站数据的处理时效。在流式处理中,设计处理拓扑直接解码标准格式的数据消息... 详细信息

针对观测密度和频次日益增加的海量地面自动气象站数据,在气象大数据云平台(天擎)中设计了基于Storm的实时流式处理,利用大规模并行处理的优势提高地面自动气象站数据的处理时效。在流式处理中,设计处理拓扑直接解码标准格式的数据消息;消息确认采用手工确认的方式,将数据解码组件锚定数据接入组件,实现每条数据的可靠处理;数据解码时进行字节校验和时间检查等,过滤异常数据;应用批量加定时的发送策略,解决海量监控信息发送气象综合业务实时监控系统(天镜)的问题;集群部署时保留部分剩余资源,有效应对单节点异常。应用效果表明:国家气象站小时数据的服务时效由全国综合气象信息共享系统(CIMISS)的175 s提高至天擎的78 s,约6×10^(4)个区域气象站小时数据的服务时效由CIMISS的5 min提高至天警的2 min,实况分析系统将数据源切换至天擎后,相同时间检索可获取的站点数量较CIMISS增加1倍。2021年12月基于Storm的流式处理与天擎一同在国省业务化运行,实现了长期稳定运行,为MICAPS4、SWAN2.0、实况分析系统等用户提供高效稳定的地面自动气象站数据。

关键词：气象大数据云平台地面自动气象站 Storm RabbitMQ 流式处理 BUFR

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气象基础信息一张图设计和实现

应用气象学报 2024年第2期35卷 247-256页

作者：陈京华肖文名张强杨和平张志强曹磊陈楠国家气象信息中心北京100081

气象基础信息一张图作为气象数据资源与行业间数据融合的应用示范,通过构建时空联动的气象大数据应用基础,解决多源气象数据融合应用服务问题。气象基础信息一张图基于高分辨率气象网格数据空间化处理、长序列海量网格数据任意时空范围... 详细信息

气象基础信息一张图作为气象数据资源与行业间数据融合的应用示范,通过构建时空联动的气象大数据应用基础,解决多源气象数据融合应用服务问题。气象基础信息一张图基于高分辨率气象网格数据空间化处理、长序列海量网格数据任意时空范围检索以及气象数据与三维地形融合服务3项关键技术,实现多源异构时空数据的统一接入、处理、存储、管理和服务。气象基础信息一张图整合基础地理、自然资源、生态环境、社会经济、气象五大数据资源,面向不同气象应用场景,通过动态组合构建专题服务,实现多源数据快速服务和高效应用。气象基础信息一张图为2022年北京冬奥会及冬残奥会的圆满举办等国家重大活动、2021年郑州“7·20”特大暴雨气象预报复盘服务以及气象数据的社会化服务共享提供应用服务保障,在服务“生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好”方面提供有效支撑。

关键词：气象基础信息一张图大数据数据服务地理信息

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基于数据感知的气象算法调度框架设计与应用

应用气象学报 2024年第4期35卷 502-512页

作者：霍庆何文春高峰陈士旺徐拥军王琦国家气象信息中心北京100081

气象产品加工任务往往由不同算法组合而成,其状态对数据源具有高依赖性。高效感知数据状态,并及时合理启动调度,对提升气象产品加工的时效性至关重要。设计并建设了基于数据感知技术的气象算法调度框架,对比测试结果分析表明:在实时分... 详细信息

气象产品加工任务往往由不同算法组合而成,其状态对数据源具有高依赖性。高效感知数据状态,并及时合理启动调度,对提升气象产品加工的时效性至关重要。设计并建设了基于数据感知技术的气象算法调度框架,对比测试结果分析表明:在实时分析数据源到报状态的基础上,数据感知调度实现数据到报即算法启动运行,任务调度延迟较定时调度显著降低,由3784 ms降至11 ms。数据感知调度作为气象大数据云平台加工流水线的核心能力,已在国省部署并实时运行。目前在国家级业务中支撑19种核心业务算法的高效调度,日调度次数约为6.67×10^(5),平均调度延迟为31 ms;在省级业务中支撑14种算法的高效调度,日调度次数约为8×10^(4),平均调度延迟为156 ms。此外,数据感知调度实现了气象业务上下游算法的无缝串联,可为解决气象业务间的脱节问题、提升气象业务间的协同性提供解决方案。

关键词：数据感知技术任务调度气象算法气象大数据云平台加工流水线

1991~2020年中国地面气候值数据集研制

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大气科学 2024年第2期48卷 555-571页

作者：赵煜飞廖捷张强陈杰龚玺石岩石明远杨笛范邵华周学东曹丽娟胡开喜国家气象信息中心北京100081 江苏省气候中心南京210041

基于国家气象信息中心归档的中国地面观测数据,研制了1991~2020年中国地面气候值数据集。数据集研制期间,对1991年以来的地面台站观测数据集元数据进行了系统的质量检查和核实订正。在基于站址迁移信息对所有要素进行了分段处理基础上,... 详细信息

基于国家气象信息中心归档的中国地面观测数据,研制了1991~2020年中国地面气候值数据集。数据集研制期间,对1991年以来的地面台站观测数据集元数据进行了系统的质量检查和核实订正。在基于站址迁移信息对所有要素进行了分段处理基础上,基于非均一性检验结果完成了气温序列的分段处理。依据人工、自动观测调整信息完成了能见度观测数据的分段处理,提供了一套与当前能见度观测方式一致、代表性更好的气候背景场。采用傅里叶级数理论对气温、降水累年日值序列进行了谐波处理,在体现气象变量季节性转换的同时,避免了日与日之间的异常突变特征,具有更好的气候代表性。最终建立的1991~2020年中国地面气候值数据集提供了中国2438个站点的气温、降水、气压、风向风速、相对湿度、水汽压、云、天气现象、能见度、蒸发、积雪、地温、冻土、日照共14个要素的气候背景信息,为天气气候业务提供了数据支撑。

关键词：地面观测统计标准气候值均一性谐波处理

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面向超级计算机系统的可视化综述

计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 321-335页

作者：吕斐陈长建张嘉鹏冯冼唐卓湖南大学信息科学与工程学院长沙410082 湖南省气象信息中心长沙410118

随着科技飞速发展,超级计算机系统不断向着更大规模迈进,给系统使用和维护带来困难.可视化技术以直观易懂的方式展示超级计算机系统的运行状态、异常情况等,让用户更加深入地理解系统内部运行机制,有助于更好地使用和优化系统.通过文献... 详细信息

随着科技飞速发展,超级计算机系统不断向着更大规模迈进,给系统使用和维护带来困难.可视化技术以直观易懂的方式展示超级计算机系统的运行状态、异常情况等,让用户更加深入地理解系统内部运行机制,有助于更好地使用和优化系统.通过文献调研,分析了超级计算机系统可视化的相关工作,并根据系统使用流程将其分为状态监控、性能优化和系统维护3个方面.分析表明,可视化在状态监控方面可帮助分析系统运行时内部进程和数据的状态;在性能优化方面可帮助定位性能瓶颈并优化;在系统维护方面可帮助发现运行异常以及对异常溯源.最后,详细阐述了未来超级计算机系统可视化在大规模数据处理、全局优化、下游任务迁移等方向上面临的机遇和挑战.

关键词：超级计算机可视化状态监控性能优化系统维护

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中国近30年短时极端降水特征分析

大气科学 2024年第3期48卷 1144-1156页

作者：赵煜飞张强鞠晓慧肖栋杨和平陈杰廖捷邓悦国家气象信息中心北京100081 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 广西壮族自治区气象信息中心南宁530000

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端... 详细信息

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端降水阈值,探究了中国短时极端降水气候特征。分析结果表明四川、贵州、湖南、江西、福建和浙江等省的部分台站1 h降水频率较大,可达12%,西北地区1 h降水频率普遍偏低,大部分台站低于3%。1991~2021年期间,1 h、3 h极端降水频率呈减少趋势。共有64.7%的站3 h极端降水频率线性趋势与1 h极端降水频率线性趋势一致。我国降水极值和极端降水阈值空间特征明显,1 h降水极端降水阈值基本呈东南大、西北小的空间特征,广东、广西、海南阈值相比我国其他地区偏大。海南、广东、广西和江苏省1 h降水历史平均极值超过80 mm h^(-1),其中海南省平均极值最高,达102.7 mm h^(-1)。

关键词：地面观测降水质量控制日变化

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基于动态时间规整的气温日值数据二次插补

大气科学学报 2024年第3期47卷 476-485页

作者：周笑天张茜茹郭庆燕陈益玲周雪松李长军冯勇张平山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气象数据中心山东济南250031 福建省气象信息中心福建福州350001

气温作为研究气候演变最基础的物理量,其日值序列的完整性和准确性对于气候分析与评估工作有着重要意义。近些年随着大量无人值守地面加密自动气象站的布设,不断出现随机站点和随机长度这种双随机特点的气象资料序列缺失,给气候分析和... 详细信息

气温作为研究气候演变最基础的物理量,其日值序列的完整性和准确性对于气候分析与评估工作有着重要意义。近些年随着大量无人值守地面加密自动气象站的布设,不断出现随机站点和随机长度这种双随机特点的气象资料序列缺失,给气候分析和业务应用造成了不小的障碍。针对现有气象数据插补方案的不足,提出了一种全新的基于动态时间规整(dynamic time warping,DTW)的气温日值数据二次插补方法。该方法采用了一种实时的插补策略,主要技术内容包括:1)利用一元线性回归方程将原始气温观测时间序列分解出拟合直线和残差曲线,并将二者重构组成新的气温序列;2)给出了气温插补区的定义和插补条件;3)提出了利用动态时间规整方法计算站点间距离的新模式。利用山东省2021年的气温实况数据对该方法进行了双随机检验,检验结果表明:该方法可以满足日平均气温、日最高气温和日最低气温数据的插补需求;在插补流程中采用DTW距离测度和二次插补的组合方法,其插补效果优于目前常见的基于站点地理临近关系的组合方法;该方法对地形有一定的敏感性,平原或丘陵地区的插补效果要优于山地地区。

关键词：气温日值动态时间规整重构二次插补

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省级降水实况分析产品在北京地区的适用性评估

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应用气象学报 2024年第3期35卷 361-372页

作者：赵文芳王蕙莹孟慧芳缪宇鹏黄明明范敏唐伟北京市气象数据中心北京100089 国家气象信息中心北京100081 中国气象局气象发展与规划院北京100081

利用自动气象站观测数据,采用误差分析、有效降水时次占比等方法评估2022年9月—2023年8月省级降水实况分析产品在北京地区的一致性和准确性,并从累积降水量、降水强度、逐小时降水量误差等方面对“23·7”极端降水过程进行分析。结果表... 详细信息

利用自动气象站观测数据,采用误差分析、有效降水时次占比等方法评估2022年9月—2023年8月省级降水实况分析产品在北京地区的一致性和准确性,并从累积降水量、降水强度、逐小时降水量误差等方面对“23·7”极端降水过程进行分析。结果表明:省级降水实况分析产品在北京地区的均方根误差不足1 mm,平均绝对偏差低于0.16 mm,与自动气象站观测结果接近。省级降水实况分析产品误差随降水量等级增加而增大,小雨等级降水被高估,中雨及以上等级降水被低估;误差空间分布差异明显,在中雨和暴雨等级下,最大负偏差均出现在延庆区,最大正偏差均出现在昌平区。“23·7”极端降水过程中,省级降水实况分析产品的平均均方根误差为1.8 mm,平均绝对偏差为0.806 mm,降水强度与自动气象站观测随时间变化趋势一致,较真实地反映了降水强度的变化趋势。

关键词：实况分析产品评分技巧多源融合准确性检验