崔秀云，王 琦，尹 春，李寶梓，何金梅

（1.甘肅省氣象局，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省人工影響天氣辦公室，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省氣象服務中心，甘肅 蘭州 730020）

1 引言

祁連山是中國西部重要生態(tài)安全屏障，是黃河流域重要水源產(chǎn)流地，也是中國生態(tài)極其脆弱區(qū)和生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域；祁連山有多條西北—東南走向的平行山脈和寬谷，海拔4 000～6 000 m，西端與阿爾金山脈相接，東端與秦嶺、六盤山相連，長近1 000 km；南北寬200～400 km，山峰海拔4 000～5 000 m，最高峰海拔5 808 m，海拔4 000 m以上的山峰終年積雪，山間谷地的海拔也在3 000～3 500 m。

氣象部門已初步建成祁連山及周邊區(qū)域自動觀測體系，在祁連山及周邊地區(qū)布設了多種人影特種觀測儀器，其中在甘肅省境內(nèi)布設有Ka波段云雷達1臺、微波輻射計3臺、6要素自動站13套、降水類天氣現(xiàn)象儀22套、全球定位系統(tǒng)（GPS）火箭探空系統(tǒng)2套、全球?qū)Ш较到y(tǒng)氣象觀測站（GNSS/MET）6個，結合已建成的國家氣象站20個、無人氣象站7個、區(qū)域自動站320個等自動觀測站點，初步建立了飛機和地面作業(yè)、監(jiān)測、作業(yè)指揮、效果檢驗、技術支撐保障等構成的人影作業(yè)體系，持續(xù)開展人影作業(yè)條件的監(jiān)測，為祁連山人影作業(yè)指揮提供有效的數(shù)據(jù)支撐[1-9]。

檔案工作的標準化、規(guī)范化是實現(xiàn)檔案管理現(xiàn)代化的基礎。隨著信息技術、多媒體技術的飛躍發(fā)展，使檔案工作朝著自動化方向邁進了一大步。利用數(shù)據(jù)檔案管理的基本原理，依托現(xiàn)有觀測網(wǎng)絡和設備將祁連山試驗示范基地的衛(wèi)星、雷達、探空、地面等多項數(shù)據(jù)，以及祁連山森林火險氣象等級和人工增雨資料進行收集[10-11]，并統(tǒng)一化管理進行數(shù)據(jù)分析和利用，形成祁連山人影試驗數(shù)據(jù)檔案的標準化數(shù)據(jù)集[12-18]，并充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，為科學研究和人影作業(yè)提供可靠的檔案數(shù)據(jù)。

2 祁連山人影試驗數(shù)據(jù)檔案的標準化處理需求分析

隨著祁連山試驗示范基地的深入運行，積累的數(shù)據(jù)量不斷增長，數(shù)據(jù)的價值越來越高，數(shù)據(jù)對于人影業(yè)務價值幫助也越來越重要；此外，防災減災、應急抗旱、大氣污染防治、森林防滅火、保障水資源、生態(tài)修復，無一不需要人影工作的參與，人影工作對于很多社會服務體系的運行都是不可或缺，甚至是舉足輕重的。

2.1 數(shù)據(jù)采集收集

祁連山試驗示范基地數(shù)據(jù)處理是建立數(shù)據(jù)采集、接收、存儲、分析、計算的統(tǒng)一平臺，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，為人影業(yè)務和科研服務及共享服務提供高效、規(guī)范的數(shù)據(jù)。主要收集衛(wèi)星、雷達、探空、地面等常規(guī)資料；收集雨滴譜、微波輻射計、云雷達、雙偏振雷達、GNSS/MET、探空火箭、飛機探測設備（Droplet Measurement Technologies Inc，DMT公司）、Stratton Park Engineering Company，SPEC公司）、風廓線雷達等特種觀測資料分析。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

各種資料按時段，按區(qū)域分析（行政區(qū)域、自定義區(qū)域），并提供數(shù)據(jù)分析及可視化展示等數(shù)據(jù)資源服務應用，以多種個性化的功能和交互體驗良好的系統(tǒng)界面提供數(shù)據(jù)服務。數(shù)據(jù)采集首先定位為祁連山試驗示范基地人影業(yè)務信息數(shù)據(jù)存儲、管理的統(tǒng)一平臺，最大限度地將基地衛(wèi)星、雷達、探空、地面等常規(guī)資料以及雨滴譜、微波輻射計、云雷達、雙偏振雷達、GNSS/MET、探空火箭、飛機探測（DMT，SPEC等）、風廓線雷達等特種觀測資料存儲在統(tǒng)一的平臺之上，為上層業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)訪問服務。

2.3 數(shù)據(jù)顯示分析

數(shù)據(jù)處理平臺提供一個可用于科研和業(yè)務的服務框架，在滿足未來人影業(yè)務和探測手段不斷發(fā)展、資料種類不斷增加的同時，以“精準化、智慧型”為發(fā)展方向，能夠在該平臺上進行各種數(shù)據(jù)處理、分析、可視化展示。實現(xiàn)分類數(shù)據(jù)的圖表顯示，多種數(shù)據(jù)的疊加顯示分析，資料的時序分析。

3 祁連山人影試驗數(shù)據(jù)檔案標準化處理的基本內(nèi)容

祁連山試驗示范基地數(shù)據(jù)采集處理主要對衛(wèi)星等常規(guī)資料、雨滴譜等特種觀測資料通過大數(shù)據(jù)技術構建一個統(tǒng)一、集中、智能的大數(shù)據(jù)平臺，通過對人影辦的指定業(yè)務數(shù)據(jù)進行匯聚，將分散的數(shù)據(jù)進行集中和整合管理，形成多類信息于一體的人影氣象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支撐；通過高質(zhì)量數(shù)據(jù)資源，結合地理信息資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全方位綜合查詢、統(tǒng)計分析、可視化，更好地提高人工影響天氣管理與作業(yè)的科技水平和經(jīng)濟、社會效益。

3.1 氣象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架

氣象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)框架為基礎、融合數(shù)據(jù)挖掘技術，對與人影相關的常規(guī)資料、特種觀測資料以及地理信息數(shù)據(jù)等進行質(zhì)量控制、入庫存儲、數(shù)據(jù)挖掘、融合分析、管理監(jiān)控，按照《氣象數(shù)據(jù)管理辦法（試行）》《氣象資料分類編碼及命名規(guī)范》等要求，結合人影需求提供數(shù)據(jù)接入、檢索、可視化等功能，實現(xiàn)人影氣象數(shù)據(jù)的有效存儲與處理。

3.2 氣象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)容

氣象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將全面收集整合祁連山試驗示范基地雨滴譜、微波輻射計、云雷達、雙偏振雷達、GNSS/MET、探空火箭、飛機探測（DMT，SPEC等）、風廓線雷達等特種觀測資料和衛(wèi)星、雷達、探空、地面等常規(guī)資料，每天實時為氣象業(yè)務人員提供氣象數(shù)據(jù)；將建立與全國綜合氣象信息共享平臺（簡稱CIMISS）等相關系統(tǒng)的對接，獲取試驗示范基地缺乏的數(shù)據(jù)資源，針對人影業(yè)務需求構建業(yè)務信息流程，以便更好地實現(xiàn)試驗示范基地信息與其他氣象部門信息的高度融合；建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問模型，根據(jù)資料內(nèi)容進行分類、存入不同類型的數(shù)據(jù)庫，進行統(tǒng)一訪問處理，并對數(shù)據(jù)采集、存儲、信息顯示控制、調(diào)度任務等功能進行管理監(jiān)控；利用大數(shù)據(jù)架構技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和共享，進一步滿足數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、可視化需求，以及人影業(yè)務的需求，提升氣象服務保障能力，以及數(shù)據(jù)的及時性、便捷性和有效性。

4 祁連山人影試驗數(shù)據(jù)檔案的標準化處理的數(shù)據(jù)集

4.1 地面資料

通過與CIMISS氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口的地面資料中的各個接口對接，獲取地面逐小時（圖1）和分鐘（圖2）資料數(shù)據(jù)，逐小時資料包括：氣溫、最高氣溫、最低氣溫、露點溫度、相對濕度、水汽壓、降水量、最大風速、瞬時風向、瞬時風速、極大風速等要素；分鐘資料包括：最高氣壓、最低氣壓、最高氣溫、最低氣溫、露點溫度、最小相對濕度、水汽壓、過去1 h降水量、2 min平均風向度、2 min平均風速、10 min平均風向、10 min平均風速、最大風速的風向、最大風速、瞬時風向、瞬時風速、最高地面溫度、最低地面溫度等要素。

圖2 分鐘數(shù)據(jù)資料接口對接內(nèi)容

4.2 高空資料

通過與CIMISS氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口的高空資料接口對接，獲取高空資料，包括：區(qū)站號、緯度、經(jīng)度、測站高度、測站海平面高度、氣壓傳感器海拔高度、高度（氣球釋放）、時間、云量（低云或中云）、云底高度、低云狀、中云狀、高云狀、資料所屬部別、時間偏差、緯度偏差、經(jīng)度偏差、氣壓、位勢高度、高度、氣溫、露點溫度、溫度露點差、風向、風速等。

4.3 GNSSS/MET水汽資料

GNSSS/MET水汽資料包括零級產(chǎn)品：原始數(shù)據(jù)；一級產(chǎn)品：解算軟件輸出的大氣總延遲量；二級產(chǎn)品：垂直大氣水汽總量、區(qū)域水汽分布圖等；三級產(chǎn)品：應用二級產(chǎn)品進行再開發(fā)的產(chǎn)品。

4.4 雷達資料

通過與CIMISS氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口的高空資料的雷達資料接口對接，獲取雷達資料。主要有雷達單站產(chǎn)品（見表1），包括基本反射率、基本速度、組合反射率。

表1 雷達資料類別

C、X波段雙偏振多普勒天氣雷達。通過自動或人工方式收集C、X波段雙偏振多普勒天氣雷達觀測的強度、速度、速度譜寬、差分反射率因子、差分傳播相移、相關系數(shù)、線性退極化等數(shù)據(jù)，并存儲入庫。

云雷達。根據(jù)實際情況采用自動和人工方式收集云雷達觀測的反射率因子Zd，信噪比SNRd，線性退極化比LDRd，徑向速度Vrd，速度譜寬SWd等數(shù)據(jù)。根據(jù)實際情況采用自動和人工方式收集云雷達觀測的反射率因子Zd，徑向速度Vrd數(shù)據(jù)。

探空火箭。根據(jù)實際情況主要收集探空火箭數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、氣壓、風速、風向和測量點三維坐標等，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集存儲。

4.5 衛(wèi)星資料

主要采用風云4號和葵花8號衛(wèi)星數(shù)據(jù)。風云4號衛(wèi)星L1數(shù)據(jù)資料，包括中國區(qū)域C001～C006通道的可見光，C009、C010通道的水汽及C011～C014通道的紅外等數(shù)據(jù)；葵花8號衛(wèi)星數(shù)據(jù)和風4數(shù)據(jù)類型一致（包括可見光、水汽、紅外）。

4.6 雨滴譜和微波輻射計

雨滴譜資料里面包含降水粒徑分布、粒子速度、天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)、雷達發(fā)射率、降水類型、降水量、雨滴譜、雨強等數(shù)據(jù)，其中雨滴的粒徑、降落速度數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)，其他的降水強度、降水量、雷達反射率主要是由雨滴譜數(shù)據(jù)測算得出。

從微波輻射計數(shù)據(jù)lv2文件中提取溫、濕廓線數(shù)據(jù)、積分數(shù)據(jù)、云底高度及雨狀態(tài)，并上傳數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。lv2文件格式為csv文件，逗豆分隔，前20行為數(shù)據(jù)說明，數(shù)據(jù)從22行開始，每7行為1組，數(shù)據(jù)組第1行，有雨狀態(tài)，第2行有溫度廓線，第3行，水汽廓線，第4行液態(tài)水廓線，第5行相對濕度廓線（廓線資料有58層），第6行，水汽積分，液態(tài)水積分，云底高度。

4.7 飛機探測和風廓線雷達

對接取人影飛機（包括無人機）探測的各種云降水微物理等觀測數(shù)據(jù)，以及溫度、壓力、濕度等常規(guī)氣象要素進行采集，并存儲入庫。

風廓線雷達數(shù)據(jù)符合《風廓線雷達通用數(shù)據(jù)格式（V1.2）》，按照數(shù)據(jù)的獲取方式實現(xiàn)自動或人工數(shù)據(jù)采集。

4.8 祁連山火險等級和人影效果評估

根據(jù)祁連山地形、氣候條件和歷史火災分布等因素，劃分并計算森林火險氣象等級FFDI值（IFFDI）等級，并將歷年火險等級和人工增雨數(shù)據(jù)對應采集存儲。

式中：U為森林火險氣象指數(shù)的函數(shù)表達式；Cr為降水量修正系數(shù)，24 h降水Rr≥1 mm時，Cr=0；Rr＜1 mm時，Cr=1；Cs為積雪修正系數(shù)，24 h積雪深度Hs＞0 cm時，Cs=0；Hs=0 cm時，Cs=1；V為14時風速，單位為m/s；T為14時氣溫，單位為℃；rRH為14時相對濕度，以百分比（%）表示；M為連續(xù)無降水日數(shù)，單位為d。

5 數(shù)據(jù)采集入庫

數(shù)據(jù)源圍繞核心數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)有氣象專網(wǎng)，利用文件傳輸協(xié)議（簡稱FTP）、文件共享、系統(tǒng)接口對接等方式從原數(shù)據(jù)服務器上或業(yè)務系統(tǒng)采集各類氣象數(shù)據(jù)文件，包含地面氣象資料、高空氣象資料、雷達資料、衛(wèi)星資料、雨滴譜、微波輻射計、云雷達、雙偏振雷達、GNSS/MET、探空火箭、飛機探測（DMT，SPEC等）、風廓線雷達等特種觀測資料等，系統(tǒng)對這些氣象數(shù)據(jù)自動進行質(zhì)量控制及預處理，并分類存儲到氣象數(shù)據(jù)庫中。

項目所涉及所有資料采集的管理功能，支持用戶添加或刪除采集任務，自定義數(shù)據(jù)源路徑、過濾規(guī)則、采集任務執(zhí)行時間，以及數(shù)據(jù)保存期限，并且數(shù)據(jù)源支持FTP、共享目錄等多種方式；可根據(jù)采集任務配置執(zhí)行資料采集任務；在指定的時間從數(shù)據(jù)源采集資料并存儲到服務器磁盤目錄；對采集到的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制以及預處理，過濾錯誤的氣象資料，將滿足條件的資料按照規(guī)則存儲到數(shù)據(jù)庫中；可實時監(jiān)控每個采集任務的運行狀態(tài)，以及最近一段時間采集的數(shù)據(jù)文件名稱及采集時間；對數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)的網(wǎng)絡連接異常、數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)錯誤、存儲空間不足等異常情況進行報警提示，并通過聲音的方式提醒管理員處理；最后，系統(tǒng)可自動記錄氣象資料采集過程，將采集資料來源、采集時間、存儲路徑記錄至日志文件中，保證數(shù)據(jù)采集過程可追溯、可管理。

6 結論

文章利用祁連山及周邊地區(qū)氣象觀測和多種人影特種觀測數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)檔案工作的標準化、規(guī)范化要求，利用數(shù)據(jù)檔案管理的基本原理，分析了祁連山人影試驗數(shù)據(jù)檔案的標準化處理和制訂檔案標準化配套體系的思路，實現(xiàn)了祁連山人影試驗數(shù)據(jù)資料采集的管理、多源數(shù)據(jù)的共享、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制以及預處理和自動記錄采集存儲功能，最終將祁連山試驗示范基地的多項數(shù)據(jù)進行收集并統(tǒng)一化管理，為祁連山云水資源研究和人工影響天氣提供可靠的檔案數(shù)據(jù)。