甄廷忠　張琪　唐學軍　江龍　周稀

摘 要：強天氣短時臨近預報系統(tǒng)（SWAN）的推廣應用是提高氣象業(yè)務水平的重要途徑。文章從基礎數(shù)據(jù)準備、系統(tǒng)服務器平臺搭建、客戶端安裝及本地業(yè)務化應用4個方面，簡述了SWAN在昆明市氣象局的搭建過程和應用，通過比較分析指出云南省和昆明市兩級SWAN系統(tǒng)在雷達相關產(chǎn)品、自動站觀測資料上的差異表現(xiàn)：產(chǎn)品及時率、站點密度和部分區(qū)域產(chǎn)品準確率不同，指出SWAN系統(tǒng)有待完善之處，建議搭配使用省、地兩級SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品，以發(fā)揮各自長處、彌補不足，提高短時臨近天氣預報水平。

關鍵詞：SWAN；本地化；省地兩級；搭配使用

中圖分類號：P49 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0040-04

Abstract： The popularization and application of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN） system is an essential way to improve the meteorological operation level. This paper introduces the building process and application of SWAN in Kunming Meteorological Bureau from four aspects： basic data preparation， system server platform construction， client installation and local business application. Through comparison and analysis， the difference between SWAN systems of Yunnan Province and Kunming City in terms of radar-related products and observation data of automatic stations is figured out： the timely rate of products， the density of stations and the accuracy rate of products in some areas are different， and it is pointed out that the SWAN system needs to be perfected. It is suggested that the products of provincial and municipal SWAN systems should be used together to make full use of their respective strengths and make up for their deficiencies， in order to improve the level of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN）.

Keywords： SWAN； localization； provincial and municipal systems； collocation

1 概述

強天氣短時臨近預報系統(tǒng)（英文簡稱“SWAN”）是中國氣象局推廣應用的業(yè)務系統(tǒng)。昆明市氣象局按照中國氣象局和云南省氣象局的要求，根據(jù)自己擁有新一代天氣雷達的自身條件，率先完成可供全市氣象部門使用的地市級SWAN系統(tǒng)平臺的搭建。該系統(tǒng)在滿足基層業(yè)務人員便易獲取更多氣象資料的同時，也提高了強天氣短時臨近預報預警的能力。而后，隨著云南省級SWAN系統(tǒng)在全省氣象部門推廣使用，昆明市氣象局業(yè)務人員發(fā)現(xiàn)，省、市兩級SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品各有優(yōu)缺點，合理搭配使用能相互彌補不足，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，對改善強天氣短時臨近預報預警能力有重要幫助。本文介紹昆明市SWAN系統(tǒng)平臺的搭建和省、市兩級該系統(tǒng)的搭配使用經(jīng)驗。

2 昆明市SWAN系統(tǒng)的搭建

2.1 基礎數(shù)據(jù)準備

SWAN系統(tǒng)運行基礎數(shù)據(jù)由雷達基數(shù)據(jù)、雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)、自動站Z文件、雷電數(shù)據(jù)等組成。首先需要清楚各種數(shù)據(jù)所屬管理單位，掌握各種數(shù)據(jù)的存儲格式、存放路徑、數(shù)據(jù)轉換方法等[1]，以供SWAN系統(tǒng)服務器端進行調用。

2.1.1 雷達基數(shù)據(jù)

因SWAN系統(tǒng)平臺所需的雷達基數(shù)據(jù)為BZ2格式，與國家局下發(fā)的RPGCD軟件上傳的數(shù)據(jù)格式一致。本著充分利用現(xiàn)有資源和減少工作量的原則，利用RPGCD軟件的FTP上傳功能成功獲取BZ2格式的雷達基數(shù)據(jù)；編程實現(xiàn)了基數(shù)據(jù)實時刪除程序，保證硬盤存儲空間充足。

2.1.2 雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)

SWAN系統(tǒng)平臺所需雷達PUP產(chǎn)品為固定樹目錄存儲格式，與敏視達公司開發(fā)的PUP軟件數(shù)據(jù)存儲目錄結構一致。通過建立局域網(wǎng)共享目錄，成功實現(xiàn)雷達PUP產(chǎn)品的獲取。

2.1.3 自動站Z文件

SWAN系統(tǒng)平臺所需自動站數(shù)據(jù)文件與國家局要求上傳的數(shù)據(jù)Z文件是相同的。但在實際業(yè)務流程中，Z文件生成以后即被上傳至省局信息中心。故在Visual Studio 2010開發(fā)平臺的C#開發(fā)環(huán)境下編程實現(xiàn)自動站數(shù)據(jù)Z文件分發(fā)程序，來覆行分發(fā)、獲取、傳輸和存儲Z文件的功能；并編程實現(xiàn)了自動站Z文件的實時刪除功能。

2.1.4 雷電數(shù)據(jù)

由于全省雷電數(shù)據(jù)全部存放于省局服務器，且SWAN系統(tǒng)平臺所需數(shù)據(jù)有固定格式，故利用oracle數(shù)據(jù)庫編程技術，實現(xiàn)雷電觀測數(shù)據(jù)查詢、獲取、數(shù)據(jù)轉換、存儲和刪除功能。

2.1.5 MICAPS相關數(shù)據(jù)

昆明市氣象局MICAPS相關數(shù)據(jù)和產(chǎn)品存放于機房服務器，SWAN系統(tǒng)平臺所需的MICAPS相關數(shù)據(jù)采用局域網(wǎng)共享的方式獲取。

2.2 搭建SWAN系統(tǒng)后臺服務運行平臺

根據(jù)SWAN系統(tǒng)平臺后臺服務程序相關要求，用一臺Windows server 2008系統(tǒng)的專用服務器搭建服務器端1.0版本所需運行環(huán)境，成功安裝SWAN系統(tǒng)服務器端應用程序。并對資料路徑、雷達參數(shù)、模塊閥值、系統(tǒng)參數(shù)、線程配置等各種參數(shù)進行設置（詳細設置步驟參考SWAN用戶手冊），完成各種數(shù)據(jù)后臺運行、處理和測試，系統(tǒng)運行情況良好。

SWAN系統(tǒng)平臺自動站站點信息需要配置為固定格式的純文本格式[2]。因昆明地區(qū)區(qū)域自動氣象站數(shù)據(jù)量龐大，特編程實現(xiàn)了將區(qū)域自動站站點信息自動、批量轉換成SWAN系統(tǒng)平臺所需的自動站站點文件格式。

2.3 SWAN系統(tǒng)客戶端安裝、配置及本地化應用

本文中SWAN系統(tǒng)平臺客戶端為1.6版本（強天氣版），采用全新框架，界面更加友好，集成度更高，智能化和自動化均有提升[3]，更趨向于強天氣短時臨近預報預警，故名“強天氣短時臨近預報系統(tǒng)”。

2.3.1 客戶端安裝

依照SWAN客戶端的技術應用規(guī)則，完成SWAN1.6版本客戶端安裝，過程簡單，不再敖述。

2.3.2 客戶端配置

（1）數(shù)據(jù)路徑配置

省級SWAN客戶端數(shù)據(jù)路徑設置為“＼＼10.208.6.30＼share＼swan＼LOCAL”，地市級SWAN產(chǎn)品路徑使用各地服務器IP地址替換“10.208.6.30”部分即可。第一次設置時，系統(tǒng)會提示無法連接服務器，需要用戶對服務器進行登錄，并勾選下次自動登錄，保存用戶名和密碼。

（2）報警配置

報警配置包含報警范圍、報警要素和報警時間配置。報警范圍為單選模式，分為不限范圍、圓形范圍和地理區(qū)域范圍三種，用戶可以根據(jù)實際需求設置相應報警范圍，但建議使用地理區(qū)域范圍報警。報警要素為多選模式，分為雷達回波、雷達特征量和自動站三種，用戶可以根據(jù)實際需求自主選擇，建議全選。報警時間設置是設置一天中某時間段為靜音模式，用戶根據(jù)實際需求自主設置。

（3）閾值設置

閾值設置包括自動站風速和5min、10min、1h、2h、3h、6h、12h、24h雨量閾值設置，如果用戶沒有特殊需求，建議采用默認數(shù)值，如果用戶修改閾值數(shù)據(jù)，要確保閾值大于等于0.1，防止誤報。

2.3.3 本地化應用

（1）地理信息本地化

SWAN客戶端初始地圖顯示為云南省地圖，各州市、各縣區(qū)邊界線都是同樣的線條顏色和粗細度，對云南省和昆明市無任何突出顯示。

經(jīng)過研究，SWAN客戶端采用的地理信息圖層為ARCGIS的shp格式的圖層，圖層層數(shù)控制和各個圖層顯示順序在“map_color.ini”配置文件中設置。通過采取以下措施完成地理信息的本地化：a.通過MAPINFO7.0對tab格式的云南省省界線圖元進行修改，使云南省界更改為深色，并通過MAPINFO7.0的通用轉換器轉換為shp格式圖層。b.采取類似上一步的操作，制作tab格式的昆明市界（不包括縣界）地圖層，更改為深色，轉換成shp格式圖層待用。c.將云南省界和昆明市界shp格式地圖層存放于安裝路徑下data文件夾內；在“map_color.ini”配置文件中增加地圖層數(shù)，并增加云南省界和昆明市界地圖層為默認顯示圖層。

通過以上處理步驟，成功將SWAN系統(tǒng)的地理信息本地化。本地化完成后的界面如圖1所示。

（2）預警信號和落區(qū)預報的本地化

a.落區(qū)示意圖本地化：

如圖2所示，設置SWAN客戶端“產(chǎn)品參數(shù)配置”，設置標題內容，控制標題、圖例、logo的位置；設置地圖顯示經(jīng)緯度范圍，就得到如圖3所示的落區(qū)示意圖。

b.預警信號和落區(qū)預報簽發(fā)單位的本地化：

安裝目錄下面有“sortforecast.doc”、“template.doc”和“userinfo.txt”三個文件，分別是落區(qū)預報模板、預警信號模板和模板替代部分設置文件。落區(qū)預報模板、預警信號模板中簽發(fā)單位的代碼均為$unit$，在“userinfo.txt”文件中把$unit$設置為用戶需要的單位即可完成簽發(fā)單位的本地化。例如“$unit$=昆明市氣象局”，那么簽發(fā)單位將變更為昆明市氣象局。如圖4所示。

2.4 SWAN產(chǎn)品調用方式

根據(jù)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品共享要求和市縣兩級網(wǎng)絡實際情況，采用映射網(wǎng)絡驅動器或直接填寫服務器遠程路徑的方法實現(xiàn)市縣兩級SWAN產(chǎn)品共享和調用。在測試過程中，此方法能夠完成產(chǎn)品共享功能，在網(wǎng)絡正常情況下不會出現(xiàn)異常情況。

3 SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品介紹和省地兩級系統(tǒng)產(chǎn)品差異

3.1 SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

按照產(chǎn)品的類型，分為實況產(chǎn)品、分析產(chǎn)品、預報產(chǎn)品和檢驗產(chǎn)品?？傮w來說SWAN包括下列產(chǎn)品：

（1）基于雷達基數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)品。包括：多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時降水估測、TREC風場反演。

（2）基于雷達基數(shù)據(jù)的臨近產(chǎn)品。包括：一小時回波外推（6min間隔）、一小時降水預報、基于SCIT的風暴識別和外推、基于TITAN的風暴識別和外推。

（3）基于雷達產(chǎn)品、自動站和常規(guī)觀測資料的實況分析和報警產(chǎn)品。包括溫度和高溫報警、雨量和強降水報警、風和大風報警、霧及沙塵和能見度報警、積雪積冰報警、龍卷和冰雹報警、雷達特征量報警、雷達強回波報警、雷電實況。

（4）基于云圖的分析產(chǎn)品：對流云識別產(chǎn)品。

（5）實驗產(chǎn)品：基于雷達基數(shù)據(jù)的下?lián)舯┝髯R別、基于雷達基數(shù)據(jù)的冰雹探測算法。

（6）實驗工具：臺風路徑模擬工具。

（7）檢驗產(chǎn)品：反射率預報、SCIT風暴追蹤、降水預報、降水估測等檢驗產(chǎn)品。

按照SWAN系統(tǒng)所需基礎數(shù)據(jù)的種類，可分為雷達相關產(chǎn)品、自動站常規(guī)觀測資料相關產(chǎn)品、Micaps相關產(chǎn)品和雷電相關產(chǎn)品。

（1）雷達相關產(chǎn)品，包括多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時降水估測、TREC風場反演、一小時回波外推（6min間隔）、一小時降水預報、基于SCIT的風暴識別和外推、基于TITAN的風暴識別和外推、雷達特征量報警、雷達強回波報警、基于雷達基數(shù)據(jù)的下?lián)舯┝髯R別、基于雷達基數(shù)據(jù)的冰雹探測算法等。

（2）自動站常規(guī)觀測資料相關產(chǎn)——包括溫度和高溫報警、雨量和強降水報警、風和大風報警、霧及沙塵和能見度報警、積雪積冰報警等。

（3）Micaps相關產(chǎn)品，包括對流云識別產(chǎn)品等。

（4）雷電相關產(chǎn)品，包括雷電實況。

3.2 省、地兩級SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品的差異

SWAN系統(tǒng)多數(shù)雷達相關產(chǎn)品是根據(jù)雷達基數(shù)據(jù)三維空間的分布情況計算出來的，采用PUP產(chǎn)品同樣的色標和分辨率來顯示；在多部雷達重疊探測的區(qū)域（如圖5所示），組合反射率拼圖及衍生產(chǎn)品是根據(jù)雷達回波垂直方向最強回波投影而來[4]；而地市級SWAN系統(tǒng)只有單站雷達站產(chǎn)品（如圖6所示）。在自動站觀測資料方面，昆明市擁有近700個區(qū)域自動站，實時上傳到省局服務器的自動站有400多個。由此造成省、地兩級SWAN系統(tǒng)在雷達相關產(chǎn)品、自動站觀測資料相關產(chǎn)品上的差異。

（1）空間范圍不同。省級SWAN系統(tǒng)擁有7部雷達產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和拼圖以及全省范圍的大量自動站上傳到省局的數(shù)據(jù)，地市級（昆明）SWAN系統(tǒng)雷達相關產(chǎn)品僅為昆明雷達的探測資料和昆明市范圍的自動站數(shù)據(jù)。

（2）部分區(qū)域產(chǎn)品準確率不同。在雷達產(chǎn)品方面，省級SWAN產(chǎn)品在兩部雷達探測的重疊區(qū)域其準確率在理論上應優(yōu)于地市級SWAN系統(tǒng)相關產(chǎn)品。

（3）產(chǎn)品及時率不同。省級SWAN產(chǎn)品需要各雷達站上傳數(shù)據(jù)到省局服務器，而地市級直接獲取雷達基數(shù)據(jù)；省級SWAN產(chǎn)品需要各地州上傳數(shù)據(jù)到省局服務器，相比地市級直接獲取觀測數(shù)據(jù)，理論上會花更長時間。

（4）產(chǎn)品完整性和觀測數(shù)據(jù)空間密度不同。省級SWAN產(chǎn)品需要7部雷達基數(shù)據(jù)，實際使用中會偶有某個雷達缺數(shù)據(jù)的情況。同時，省級SWAN產(chǎn)品擁有的昆明市自動站產(chǎn)品的站數(shù)較少。

4 SWAN系統(tǒng)應用經(jīng)驗和體會

SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品非常豐富，算法模塊比較多，部分產(chǎn)品是以前沒有或者很少能夠得到的，而且用處也比較大。比如，CotrecWind產(chǎn)品能反演出雷達強回波區(qū)風場信息，TITAN產(chǎn)品能做出30min和60min的質心輪廓追蹤預報[5]，STM產(chǎn)品能提供質心追蹤，CAPPI三維拼圖能夠提供不同高度雷達回波情況，等等。盡管如此，SWAN系統(tǒng)還有進一步完善和深化本地業(yè)務化使用的空間。

（1）省級SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品在理論上擁有更高的準確性，在多部雷達探測區(qū)域重疊的區(qū)域（如大理北部、麗江南部、楚雄中部），建議以使用省級SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品為主。在沒有多部雷達產(chǎn)品重疊區(qū)域，因地市級SWAN系統(tǒng)在自動站觀測數(shù)量和產(chǎn)品數(shù)據(jù)及時率兩方面都有優(yōu)勢，建議以使用地市級SWAN系統(tǒng)為主。合理拾配使用省、地兩級SWAN系統(tǒng)，有助于提高強天氣短時臨近預報預警能力。

（2）SWAN系統(tǒng)雷達相關產(chǎn)品（基本反射率、組合反射率拼圖等）采用PUP產(chǎn)品格式，雖然產(chǎn)品很全、種類多，但產(chǎn)品的最高分辨率只有1km；云南省7部雷達的業(yè)務探測半徑是150km，距離庫長為300m，其產(chǎn)品分辨率還有提高的空間。

（3）SWAN系統(tǒng)雷達相關產(chǎn)品顯示色標采用PUP產(chǎn)品色標，昆明市更習慣使用2001年1月中國氣象局重點工程項目辦公室印發(fā)的《新一代天氣雷達基本數(shù)據(jù)格式和顯示要求》中規(guī)定的色標。SWAN系統(tǒng)客戶端提供有色標文件，但本地化此色標文件很復雜，還可以通過優(yōu)化系統(tǒng)提供更簡單的接口。

（4）SWAN系統(tǒng)客戶端（1.6版本）的地理信息不夠細化。在本地化過程中，發(fā)現(xiàn)地理信息中的“線圖元”圖層（如行政區(qū)邊界）可以根據(jù)需求顯示，但是，“點圖元”圖層（如行政區(qū)駐地）卻無法按要求添加，造成縣（區(qū)）氣象局的預警發(fā)布中地理信息不夠明確。

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