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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

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

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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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

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辽东半岛一次湿下击暴流过程分析

高原气象 2024年第2期43卷 411-420页

作者：贾旭轩梁军刘晓初冯呈呈张子莹中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 大连市气象台辽宁大连116001

2020年9月11日辽东半岛南部发生了一次强对流天气,并出现了湿下击暴流,大连金州得胜站地面最大阵风达到21.7 m·s^(-1)。本文利用常规气象资料、大连多普勒天气雷达资料、欧洲中期天气预报中心第5代全球再分析资料和高分辨率中尺度数值... 详细信息

2020年9月11日辽东半岛南部发生了一次强对流天气,并出现了湿下击暴流,大连金州得胜站地面最大阵风达到21.7 m·s^(-1)。本文利用常规气象资料、大连多普勒天气雷达资料、欧洲中期天气预报中心第5代全球再分析资料和高分辨率中尺度数值模拟资料,对此次湿下击暴流天气过程的环流背景、对流风暴发生发展环境及其回波特征等进行分析。结果表明:(1)此次强对流天气发生在北上台风变性形成的高空冷涡东部西南风与东南风的切变线上,地面辐合线和低空急流是触发初始对流的直接系统,初始对流在高空辐散耦合作用下发展加强;对流系统西移登陆至地面冷池与其东部暖空气之间形成锋生带上,辐合抬升作用加强,促使对流系统组织化程度更高、强度更强。(2)高温、高湿、对流不稳定层结是对流系统发生发展的有利环境条件。强对流发生前,探空曲线“上干下湿”、呈“V”型分布,抬升凝结高度明显下降;湿下击暴流发生时,径向速度垂直分布为中层径向辐合、低层辐散;瞬时大风出现前后,大连多普勒天气雷达在高、低仰角均探测到超过45 dBZ强反射率因子缺口,高仰角强反射率因子缺口先于低仰角出现,通过监测高仰角强反射率因子的变化,对湿下击暴流有一定的预警作用。

关键词：湿下击暴流低空急流冷池强反射率因子缺口

西风流场切变分歧及其对东北冷涡形成的影响机制的初步分析

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高原气象 2024年第2期43卷 478-487页

作者：刘春孙俊于涵辽宁省辽阳市气象局辽宁辽阳111010 中国气象局气象干部培训学院四川分院四川成都610072

本研究运用多尺度变换和摄动法简化正压准地转涡度方程,分析了西风流场切变对具有非线性Shrödinger孤子特征的包络Rossby孤立波的影响,并分析了具有这类波形的西风流场的拓扑结构。结果表明:(1)西风流场切变存在一临界值,当切变小于这... 详细信息

本研究运用多尺度变换和摄动法简化正压准地转涡度方程,分析了西风流场切变对具有非线性Shrödinger孤子特征的包络Rossby孤立波的影响,并分析了具有这类波形的西风流场的拓扑结构。结果表明:(1)西风流场切变存在一临界值,当切变小于这个临界值时,流场的拓扑结构无奇异点,只有退化的中心结构,对应的西风流场为纬向流场;大于这个临界值时,流场的拓扑结构存在奇异点,西风流场则有涡旋产生。(2)流场奇异点出现位置不同,西风流场呈现不同的涡旋流型,当奇异点仅出现在系统的北部时,则西风流场呈Ω型阻塞流场;当奇异点仅出现系统的南部时,则西风流场呈倒Ω型切断流场;当奇异点在南北部均出现时,则西风流场呈偶极子型阻塞流场。(3)倒Ω型流场和偶极子型阻塞流场中,均有切断低压出现,如果切断低压在乌拉尔山附近形成,向下游运动到我国东北地区,则为东北冷涡。研究从东北冷涡的源头阻塞形势为切入点,结合阻塞的全局思想与局地特征,探讨东北冷涡的形成机制,深化了对东北冷涡形成的认识。

关键词：非线性Shrӧdinger孤子分歧包络Rossby孤立波西风流场切变阻塞形势东北冷涡

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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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辽宁地区飑线特征和形成条件

气象 2024年第7期50卷 791-803页

作者：蒋超陈传雷张凯班伟龙杨磊曹世腾陈宇辽宁省气象灾害监测预警中心沈阳110166 辽宁省气象服务中心沈阳110166 沈阳市气象局沈阳110180

应用2015—2020年5—9月辽宁地区的雷达组合反射率拼图产品,在制定飑线识别标准的基础上,识别出36次飑线过程,在总结飑线时空分布等特征的基础上,得到了不同组织特征下的辽宁飑线环境特征条件。结果表明,辽宁西北部及赤峰市区至敖汉旗... 详细信息

应用2015—2020年5—9月辽宁地区的雷达组合反射率拼图产品,在制定飑线识别标准的基础上,识别出36次飑线过程,在总结飑线时空分布等特征的基础上,得到了不同组织特征下的辽宁飑线环境特征条件。结果表明,辽宁西北部及赤峰市区至敖汉旗一带是影响辽宁地区飑线形成频率最大的区域,其次为渤海西部到渤海海峡海面,形成频率最小的区域为河北东部的唐山、秦皇岛沿山一线。绝大多数的飑线过程出现在6—8月,5月出现的最少。飑线主要形成于12—21时,而14—17时为出现飑线的集中时段。飑线的长度介于114~273 km,最大反射率为65 dBz,平均生命史为3.2 h,平均移动速度为59.4 km· h^(-1) (16.5 m·s^(-1))。辽宁地区的飑线过程33.3%为断线型,19.4%为后部生成型,36.1%为碎块型,11.1%为层云嵌入型。主要组织形式是层状云尾随型(TS)、平行层状云型(PS)及层状云超前型(LS),LS出现次数较少。55.6%的飑线以反转断线形式消散,8.3%的以收缩线型消散,36.1%的以颠倒破碎面型形式消散。辽宁地区飑线形成环流形势中冷涡前部型最常见,其次为低槽前部型;比较特有的飑线形成环流形势为冷涡后部型,占比为16.7%。每个环流型的对流有效位能和下沉对流有效位能都呈“双1000”的特征,不同的环流型在水汽、层结不稳定、垂直风切变等物理量的特征都各有不同。

关键词：飑线统计分析形成条件