■ 馬渝勇 向筱銘＊ 王可耀

分階段介紹了四川省氣象信息化的歷程，根據(jù)各個階段的發(fā)展，充分說明氣象信息化，就是現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)結(jié)合及應(yīng)用的進程，現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)的結(jié)合日益緊密和深化，應(yīng)用日益廣泛，從根本上改變了氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)及流程，驅(qū)動了氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的發(fā)展，并將引領(lǐng)整個氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)朝著更加高效集約和智能智慧的方向發(fā)展。

氣象信息化的歷程，就是現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)結(jié)合及應(yīng)用的演進過程。20世紀70、80年代以來，信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，極大地影響和驅(qū)動了諸多行業(yè)的快速發(fā)展，氣象就是其中一個具有典型代表性的行業(yè)。四川省氣象信息化的里程，基本可以概括為從氣象資料的通信傳輸開始，信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)開始比較系統(tǒng)性規(guī)?；亟Y(jié)合，并逐步深入和廣泛，與信息技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷的計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、Internet加數(shù)據(jù)庫為標志的幾個發(fā)展階段相對應(yīng)，氣象信息化也大致歷經(jīng)了以計算機通信、信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理和共享應(yīng)用等為代表的幾個階段，與氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)合和融合日益緊密深化，發(fā)展到目前以省級數(shù)據(jù)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施資源池來集約全省主體氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，并進一步朝著基于云計算的氣象大數(shù)據(jù)平臺方向發(fā)展。

1　回顧

1.1　第一階段：以氣象計算機通信為代表

20世紀80年代中期，隨著電子信息技術(shù)的日益發(fā)展，計算機系統(tǒng)，特別是微型計算機系統(tǒng)日漸成熟并得到廣泛應(yīng)用，在氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)中引入電子信息相關(guān)技術(shù)的需求十分突出，基于計算機通信實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)通信自動化的條件已經(jīng)具備。

在此背景下，四川省氣象局與成都氣象學院合作研發(fā)了采用APPLEII為主機的微機轉(zhuǎn)報系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了西南區(qū)域氣象電報的微機編輯及多路轉(zhuǎn)發(fā)等業(yè)務(wù)功能，取代了此前以人工加電傳機的氣象電報編輯轉(zhuǎn)發(fā)模式，面向西南區(qū)域，實現(xiàn)了氣象電報自動收集處理分發(fā)等業(yè)務(wù)功能，在電子信息技術(shù)與氣象基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的結(jié)合和應(yīng)用上系統(tǒng)性規(guī)?；剡~出了第一步。

大致同一時期，氣象業(yè)務(wù)中部分其他分支，根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)以及當時電子信息技術(shù)發(fā)展狀況，不同程度地與信息技術(shù)相結(jié)合，主要是在計算機化方面，積極推進了各自業(yè)務(wù)的發(fā)展。比如：基于微型計算機處理的自動填圖系統(tǒng)等，逐步進入氣象預(yù)報業(yè)務(wù)。

歷史氣象資料的信息化工作，依靠計算機系統(tǒng)進行氣象數(shù)據(jù)的紙帶、卡片等進行數(shù)據(jù)處理和存儲，在此前就已經(jīng)起步，20世紀80年代中期，實現(xiàn)了基于計算機系統(tǒng)處理的磁帶存儲，并逐步引入微機處理系統(tǒng)和磁盤存儲等方式，其計算機化逐步深入。

綜合觀測方面，“從20世紀80年代初期到90年代，四川省各級氣象臺站先后使用PC-1500袖珍機，逐步升級為APPLE、IBM微機，處理觀測記錄、編發(fā)報告、制作報表，全部實現(xiàn)了計算機自動處理交換，告別了算盤和計算器。”

隨著成都區(qū)域氣象通信樞紐建設(shè)進程，四川省在20世紀80年代后期，引進了VAX-11/750小型計算機作為計算機通信的主機系統(tǒng)，在國家氣象中心的幫助下，成功移植了氣象電報交換系統(tǒng)軟件包，取代了微機轉(zhuǎn)報系統(tǒng)，實現(xiàn)了功能更加強大的氣象電報收集處理及傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)功能，以此系統(tǒng)為標志，完成了成都區(qū)域氣象通信樞紐建設(shè)。

這一階段的主要特征，是部分氣象業(yè)務(wù)的計算機化，以計算機系統(tǒng)作為工具，取代原有業(yè)務(wù)中的人工處理，并未改變原有業(yè)務(wù)流程和格局，各個部分業(yè)務(wù)的計算機化分別進行，尚未形成體系。

1.2　第二階段：以氣象信息網(wǎng)絡(luò)為代表

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日漸成熟，并得到廣泛應(yīng)用。自20世紀90年代中上期開始，在成都區(qū)域氣象中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中，采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開始以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為氣象數(shù)據(jù)傳輸和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐。在四川省局采用了VAX4400小型機作為主機，初步形成以文件交換為標志的計算機網(wǎng)絡(luò)通信，一方面初步建成了四川省氣象局的計算機局域網(wǎng)，另一方面實現(xiàn)了與西南區(qū)域各省基于計算機廣域網(wǎng)的通信傳輸，大大提升了通信的質(zhì)量和效率，同時，以遠程終端（工作站）等為形式，計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)逐步開始向地市以及縣級延伸。

基于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開始逐步建立在線獲取資料并開展應(yīng)用的預(yù)測預(yù)報等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在四川省氣象局，初步能夠基于計算機應(yīng)用觀測資料及模式產(chǎn)品圖形圖像系統(tǒng)研發(fā)并應(yīng)用?；贑D4680小型計算機系統(tǒng)，有限區(qū)域數(shù)值模式開始搭建并業(yè)務(wù)應(yīng)用。

以西南區(qū)域的計算機廣域網(wǎng)系統(tǒng)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)系統(tǒng)為支撐，成都區(qū)域氣象中心成立。

9210工程在四川省氣象系統(tǒng)的實施以及基于X.25分組交換網(wǎng)的氣象廣域網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，最終實現(xiàn)了以衛(wèi)星廣播和地面窄帶廣域網(wǎng)相結(jié)合的全省氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，MICAPS（氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)）系統(tǒng)逐漸成為的預(yù)報業(yè)務(wù)的主要工作平臺。

20世紀90年代后期，自動氣象站建設(shè)開始起步，標志著觀測自動化及信息化進程啟動。

2000年代以來，隨著國家基礎(chǔ)通信服務(wù)的發(fā)展，基于運營商基礎(chǔ)信道的全省寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)逐步建成到市到縣。其他業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛谟嬎銠C網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。

2007—2008年，四川省氣象部門構(gòu)建了集省、市、縣三級結(jié)構(gòu)為一體的氣象信息廣域網(wǎng)系統(tǒng)（圖1），其中包括星形與樹形相結(jié)合的SDH寬帶主干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基于Internet的VPN備份網(wǎng)絡(luò)（主備路由基于OSPF實現(xiàn)了實時熱備、自動切換）以及在省和市兩級集約的、有防護的接入Internet等幾個主要方面。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建成型，為氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐。

圖1　集省、市、縣三級結(jié)構(gòu)為一體的氣象信息廣域網(wǎng)系統(tǒng)

以文件系統(tǒng)為核心的氣象數(shù)據(jù)管理和共享服務(wù)系統(tǒng)逐步建立，成為綜合觀測、預(yù)測預(yù)報以及公共服務(wù)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)的集散中心。MICAPS系統(tǒng)以文件共享系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)來源，通過調(diào)取各種實時氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)預(yù)處理轉(zhuǎn)換成MICAPS格式的數(shù)據(jù)文件，存儲于自身系統(tǒng)附帶的文件系統(tǒng)進行應(yīng)用。

1.3　第三階段：以氣象數(shù)據(jù)管理和共享應(yīng)用為代表

隨著Internet及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加速推進了氣象信息化進程，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和以web技術(shù)為代表的（同時C/S模式并存）氣象信息共享服務(wù)以及共享應(yīng)用系統(tǒng)引入氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)。

圖2　區(qū)域級氣象信息共享系統(tǒng)

2000年代中后期開始，四川省氣象局建設(shè)了區(qū)域級氣象信息共享系統(tǒng)（圖2）。首先，搭建了集約化的綜合氣象信息管理系統(tǒng)，利用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（Oracle），采用元數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)了對氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)工作所需多種觀測資料、預(yù)報產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品的標準化、規(guī)范化存儲管理，成為面向全省有效提供氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)的基礎(chǔ)。其次，以信息管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了采用消息中間件及其二次封裝函數(shù)庫作為開放的、面向多方面應(yīng)用的共享應(yīng)用支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)面對全省各級各類用戶提供標準、開放、多樣的（包括C/S和B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在內(nèi)）氣象數(shù)據(jù)服務(wù)方式，包括多編程語言及Web Service應(yīng)用開發(fā)接口，支持對綜合氣象信息數(shù)據(jù)庫的安全、高效、便捷訪問，實現(xiàn)要素級和文件級的氣象信息共享服務(wù)支持，在全省實現(xiàn)了對諸如中國天氣網(wǎng)四川站等應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。同時，基于氣象信息管理系統(tǒng)和共享應(yīng)用支持系統(tǒng)的直接支撐，研究開發(fā)出了一系列適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的專業(yè)級氣象信息共享應(yīng)用系統(tǒng)和平臺，如新一代天氣雷達PUP產(chǎn)品共享應(yīng)用系統(tǒng)、西南區(qū)域氣象信息共享服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)和四川省省市縣三級預(yù)報業(yè)務(wù)平臺，以B/S及C/S方式提供省、市（州）、縣（臺站）及行業(yè)用戶業(yè)務(wù)服務(wù)的實時在線應(yīng)用，先期踐行了省級部署、省市縣直接應(yīng)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用模式，多項應(yīng)用平臺在氣象業(yè)務(wù)科研和應(yīng)急氣象信息服務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

全省國家站的自動站建設(shè)逐步完成，新一代天氣雷達站網(wǎng)建設(shè)逐步啟動，基于全省寬帶廣域網(wǎng)實現(xiàn)省級數(shù)據(jù)收集和共享服務(wù)。區(qū)域自動觀測站開始大規(guī)模布設(shè)，通過移動通信基于GPRS/Internet的數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)前端數(shù)據(jù)收集并接入氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2007年建成超過浮點運算速度超過每秒萬億次的SGI高性能計算機系統(tǒng)，2011年左右建成浮點運算速度達每秒12萬億次的曙光高性能計算機系統(tǒng)，區(qū)域數(shù)值模式同步取得迅速發(fā)展。

從系統(tǒng)角度而言，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)逐漸成為氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，包括綜合觀測、預(yù)測預(yù)報和公共服務(wù)系統(tǒng)的中樞。

2　發(fā)展狀況

隨著信息技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展，氣象信息化進程進一步加速，經(jīng)過不懈努力，目前四川省氣象局已經(jīng)初步建成以CIMISS（全國綜合氣象信息數(shù)據(jù)共享平臺）為核心的省級數(shù)據(jù)支撐環(huán)境和省級基礎(chǔ)設(shè)施資源池，初步實現(xiàn)了集約化的業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)展格局。

以CIMISS為核心的省級數(shù)據(jù)支撐環(huán)境，存儲和管理了包括實時、歷史一體化的綜合氣象觀測資料、數(shù)值模式產(chǎn)品以及其他預(yù)報和服務(wù)產(chǎn)品在內(nèi)的海量氣象數(shù)據(jù)，通過MUSIC（Meteorological Unified Service Interface Community）訪問接口面向全省提供數(shù)據(jù)檢索和共享服務(wù)，諸多業(yè)務(wù)系統(tǒng)與CIMISS系統(tǒng)接駁，主要有由CIMISS直接支撐和以CIMISS為數(shù)據(jù)源兩種方式，其中包括四川省精細化預(yù)報業(yè)務(wù)平臺、縣級綜合觀測業(yè)務(wù)集成平臺、四川省氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)、四川省市縣公共氣象服務(wù)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，面向全省省市縣提供直接應(yīng)用，其中縣級綜合觀測業(yè)務(wù)集成平臺已經(jīng)在全國開展推廣應(yīng)用。

以虛擬化技術(shù)為主要技術(shù)支撐的省級基礎(chǔ)設(shè)施資源池初具規(guī)模，目前署虛擬機120多個，遷移部署實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)十個，作為應(yīng)用系統(tǒng)的承載，已經(jīng)初步面向向省級業(yè)務(wù)單位提供系統(tǒng)資源服務(wù)。

針對MICAPS4對數(shù)據(jù)服務(wù)的需求，在CIMISS后端建成基于分布式計算和存儲技術(shù)的Cassandra集群，作為CIMISS系統(tǒng)的有效擴充，面向全省省市縣的MICAPS4客戶端直接提供高效的數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)，一方面實現(xiàn)了最主要預(yù)報工作平臺的省級部署、省市縣應(yīng)用，另一方面，也是開始對基于分布式計算和分布式存儲的系統(tǒng)首次開展實際應(yīng)用。

全省氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進一步發(fā)展擴充，建成了省市縣星型與樹型相結(jié)合、基于雙運營商的MSTP雙寬帶廣域網(wǎng)系統(tǒng)，雙寬帶實現(xiàn)了準負載均衡；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性和服務(wù)能力的提升，為業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)的運行和發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。目前省到市帶寬雙十二兆、市到縣帶寬雙四兆，并將根據(jù)信息化發(fā)展的需求進一步大幅度提升帶寬，提升省級部署、市縣應(yīng)用為代表的業(yè)務(wù)模式應(yīng)用體驗。

2014年左右，建成了浮點運算速度達每秒26萬億次的IBM高性能計算機系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)，省局組織數(shù)值模式團隊，實現(xiàn)了西南區(qū)域9 km數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化，并迅速推進3公里數(shù)值預(yù)報模式的業(yè)務(wù)化運行。

這個階段的主要特征是以集約化為標志，希望通過整合業(yè)務(wù)系統(tǒng)和再造業(yè)務(wù)流程，將各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)逐步集約整合到以基于CIMISS為核心的省級數(shù)據(jù)環(huán)境，并以省級基礎(chǔ)設(shè)施資源池作為各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的承載體，同時對于基于分布式計算和分布式存儲為代表的云計算技術(shù)，開展積極的嘗試和摸索。

3　發(fā)展展望

當今世界，以云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)方興未艾，深度學習、人工智能等技術(shù)蓬勃興起，給各個行業(yè)帶來了巨大的影響。氣象業(yè)務(wù)服務(wù)在數(shù)據(jù)管理與加工處理、共享服務(wù)方面對云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用具有迫切的需求，物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)給綜合觀測以及公共服務(wù)帶來了全新的途徑和思路，這些技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的深度結(jié)合，勢必給整個氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的格局帶來革命性的發(fā)展。

基于分布式計算和分布式存儲技術(shù)，構(gòu)建云化的省級氣象數(shù)據(jù)環(huán)境（New CIMISS），實現(xiàn)對綜合觀測數(shù)據(jù)及其加工產(chǎn)品、數(shù)值模式產(chǎn)品以及各種預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品的高效管理，并進一步集約整合相關(guān)行業(yè)泛氣象數(shù)據(jù)、防災(zāi)減災(zāi)以及經(jīng)濟社會相關(guān)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，搭建省級氣象大數(shù)據(jù)平臺，是氣象信息化發(fā)展的大勢所趨；同時，省級大數(shù)據(jù)平臺通過統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)管理體系，作為國家氣象大數(shù)據(jù)平臺的重要組成部分（子集），與之實現(xiàn)互聯(lián)互通、互為備份、互為服務(wù)。

基于省級氣象大數(shù)據(jù)平臺，一方面從云計算和分布式環(huán)境獲取更加高效的數(shù)據(jù)服務(wù)能力，建立高效便捷的數(shù)據(jù)共享服務(wù)，提高氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐能力，為全省各級各類氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)提供直接支撐，特別是為諸如MICAPS、CIPAS等專業(yè)級天氣氣候業(yè)務(wù)平臺提供直接支撐，另一方面還要從基于云架構(gòu)的分布式計算環(huán)境中獲得強大的數(shù)據(jù)分析和信息挖掘能力開展氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品的深度加工處理，開展多源數(shù)據(jù)的分析挖掘和融合應(yīng)用。

以氣象大數(shù)據(jù)平臺為中心，集約整合全省綜合觀測、預(yù)測預(yù)報以及公共服務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，構(gòu)建“云+端”扁平流程并形成業(yè)務(wù)互動，實現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)的高度融合和深度應(yīng)用，并進一步延伸到管理等各個方面。

基于省級氣象大數(shù)據(jù)平臺，將數(shù)據(jù)挖掘、多源分析、智能預(yù)報等的通用算法和基本業(yè)務(wù)功能進行共享，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用的算法云平臺和氣象業(yè)務(wù)眾創(chuàng)平臺，為精細精準預(yù)警預(yù)報、防災(zāi)減災(zāi)決策研判，以及跨行業(yè)的數(shù)據(jù)價值挖掘提供數(shù)據(jù)、算法和硬件資源的一體化支撐，為構(gòu)建智慧氣象發(fā)揮主導作用。

深入閱讀

沈文海, 2017. 云時代下的氣象信息化與管理. 北京: 電子工業(yè)出版社.

馬渝勇, 徐曉莉, 宋智, 等, 2011. 省級氣象信息共享系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn). 應(yīng)用氣象學報, 22(4): 505-512.

馬渝勇, 方國強, 向繼濤, 等, 2012. 省級氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體設(shè)計與實現(xiàn). 計算機應(yīng)用研究, 29(4): 1374-1377.