珠三角终端区短临天气预警预报系统简介

珠江三角洲强天气预报预警系统简介,南京信大气象科技有限公司,雷雨影响范围,航空器出航受限，航路绕飞，出港流控增加,进出终端区路径变得杂乱，绕飞情况增加，飞行冲突增多，须管制员付出更多的判断和决策；,影响起降、运行模式改变、起降间隔加大,五边或一边雷雨,进近范围内雷雨,航路或者目的地有天气,雷雨天气导致机场跑道、扇区、航路容量降低，单位时间内服务的航空器架次减少，延误增加。,南京信大气象科技有限公司,1、建设目的：提高强天气预报准确率,本系统涉及白云机场终端区多源气象信息资料的接收与处理、中尺度天气分析、对流性天气的临近与短时预报、对流性天气信息服务等功能。系统数据基于现有中南区域常规、非常规气象资料及民航气象部门收集的航空气象观测资料。系统功能主要包括：气象数据分析和质量控制终端区对流天气临近预报终端区对流天气短时预报起降条件与航路预报终端区对流天气信息服务预报产品检验与评估业务产品制作与展示产品分发与共享,南京信大气象科技有限公司,国际水准的精细化临近、短时预报技术的业务系统，强对流天气预报能力国内领先，特别是1-6小时短时预报预警技术具有特色。,2、系统功能,南京信大气象科技有限公司,强对流天气监测预报预警系统功能框架图,基于WebGIS技术的监测、预报、预警系统,3、系统框架,南京信大气象科技有限公司,对流警戒区自动判别技术,对流警戒区判定技术强对流警戒区判定技术,4、关键技术,对流警戒区,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,雷暴识别追踪和外推预报技术,4、关键技术,利用交叉相关算法确定雷达回波移动的引导风场，通过该方法可以利用当前时刻的雷达回波实时外推出6小时内的雷达回波图，及时、有效的监测强对流天气，对其未来发展趋势做出准确预测。同时采用动态订正技术可以使高空风的影响贯穿始终，并尽可能考虑了实况数据的影响以期达到较好的外推预报效果。这一方法可以有效改善TREC算法外推时出现的发散现象。,技术亮点,简单外推技术TREC追踪与外推技术TITAN追踪与外推技术光流法追踪与外推技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,左图为201403120600的实况雷达回波图，右图为同一时间的TREC算法外推图。外推检验结果精度较高。FAR=0.18967，POD=0.811755，CSI=0.67646。,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,基于雷达资料的定量降水预报技术,在TREC算法（或其它雷达外推算法）外推出未来1小时（6min间隔）反射率因子的基础上，通过累加得到未来1小时累积降水量预报。该方法的优点是适用于本地化，综合全面地考虑了当地各种类型的降水效率，而不是采取单一的Z-I关系，避免了大范围降水的模糊识别和错误估计。在方法改进中，我们不仅参考了各个雷达站附近雨量站多年降水关系的统计值，在实际预报过程中还可以因时制宜，利用实时的加密雨量站数据不断订正和调整一些非典型的Z-I关系以及由于硬件定标等产生的误差和错误，从而大大提高了预报的准确度。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,2014年5月4日21:00的,地面自动站1小时降水量,雷达1小时降水预报,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,高精度数值天气预报技术,基于最先进的中尺度模式WRF(WeatherResearchandForecastingModel)和资料同化技术（变分与混合同化），建立高分辨中尺度数值天气预报分析系统。采用先进的快速更新循环技术，包括绝热与非绝热数字滤波初始化技术，技术冷启动（ColdStart）、暖启动（WarmStart）和热启动（HotStart）技术，循环同化配置技术（如何配置不同的启动），云分析技术（雷达、闪电、卫星资料应用），近地面资料同化技术，和同化频率与资料空间分辨率匹配技术等的应用，大大提高模式预报精度和预报效果，特别是强对流天气。同时，通过模式的后处理技术可提供丰富产品：除常规的降水预报产品外，包括近地面及高空温度、压强、湿度、风场预报，能见度预报，对流强度预报，台风路径预报，局地TlnP大气垂直结构预报，局地风廓线预报等预报产品，并且可以根据客户需要定制预报产品。经过长期的研究开发和实际应用，公司积累了丰富的经验，可根据不同的客户需求对模式进行本地化处理，并进行业务化运维保证模式高效、稳定、准确运行。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,部分输出产品如下,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,部分输出产品如下,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,中尺度数值模式降水产品修正技术,中尺度数值模式预报结果往往会存在系统性位置偏差，在进行雷达资料外推预报及中尺度数值模式预报产品的融合处理前，首先需进行模式降水预报结果的相位修正，校正数值预报的降水分布，之后还需进行降水强度的修正。基于定量降水估测QPE场对数值预报降水产品的校正，以及降水强度的修正，能够明显改进数值预报降水落区的相位和降水强度的准确性。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,修正预报的TS检验,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,动态回归短时预报技术,该技术在精细化中尺度分析的基础上，选取有效因子，建立动态回归模型，实现强对流天气短时临近预报,可以输出未来1-6小时内每隔1小时的广州-珠海终端区域对流天气强度及其概率预报产品和未来1-6小时内每隔1小时的广州-珠海终端区域内机场、扇区或定位点对流天气强度及其概率预报产品。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,基于外推及模式预报的融合预报技术,基于雷达资料外推预报及中尺度数值模式预报的融合预报技术（Blending）是利用中尺度模式快速循环系统RR（RapidRefresh）的降水预报资料作为环境场，配合雷达1-6小时降水定量预报(QPF)，将雷达资料与数值模式产品融合处理，进行1-6小时强对流天气的短时预报技术。这种融合预报技术不但能够有效弥补模式的“spin-up”问题，同时还可提高雷达资料外推出现的预报准确率。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,融合产品（左）及检验结果（右）,公司的多种融合技术综合应用，能够根据天气类型和雷达资料的谱空间相关性，结合不同降水系统的时空尺度，对不同过程（层状云降水、对流云降水、混合型降水）的降水进行差别融合。该方法不仅实际业务运行效率高，而且既考虑了雷达外推预报在预报降水系统位置和初始强度方面的准确性，又应用了数值模式预报反映降水系统变化的能力，避免了单个方法的局限性，使得预报结果能够更好地反映对流系统的发展演变趋势，明显提高了1-6小时强对流天气短时预报的效果。,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,基于雷达径向风追踪分析中尺度对流系统新技术,此方法基于多普勒雷达径向风原有信息，定量化提取和实时展示中尺度对流系统，在短临预报中具有实用性。该方法可应用于不同纬度、不同类型雷达，不同降水天气过程基数据，业务适应性强。该方法首先进行基数据预处理阶段，处理过程包括体扫面筛选、径向风水平投影、退速度模糊、径向风风速中值滤波、噪音图像消斑处理等，经预处理后的数据，有利于后续定量化计算，见图1。在上述工作基础上，以流函数与势函数为基本要素，定量表达局地径向风场三维结构，主要是雷达体扫面上径向风场的涡旋性质以及辐散性质。提取过程包括多项处理与逐步验证，如插值场与原场交叉验证、旋转风与散度风对原径向风场的重建的相关验证，即进行流函数和势函数解的收敛性与合理性验证等。然后通过分型分类建立的雷达径向风局地强对流综合指标，对1小时降水个例序列和强降水时间演变序列的应用，为识别预报中尺度强降水系统提供新的技术手段。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,小时强降水两类典型雷达径向风势函数场,（扫描半径：60km，R为雷达站，a、b分别为全场辐合区类型与对称辐合辐散中心型，单位：104m2/s。右图分别为对应a，b的径向风原图）,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,航空AMDAR资料应用技术,航空AMDAR数据是影响飞机起降和航行的重要气象要素，本公司可以提供用户AMDAR资料的分析、预报技术，主要包括：确定锋区位置、检测和预报地面锋面、高空槽和低空风切变、低空急流和超低空急流、逆温层以及大气稳定度、单站上空隔层温度平流、垂直低空风切变、高空风和地面大风、雾的生成和消散、冬季降水类型、飞机空中颠簸等。合理有效的使用这些气象要素分析产品可以进一步提高飞行安全，减少由气象因素导致安全事故的发生。,技术亮点,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,部分产品,国内AMDAR资料填图,国内AMDAR资料列表,AMDAR资料风廓线（风切变，槽）分析图,AMDAR资料风廓线（风切变、锋面）分析图,南京信大气象科技有限公司,风切变识别追踪和外推预报技术,基于回波外推的闪电临近预报技术,起降条件多要素综合预报技术光流场检验技术实时评分检验技术对象检验技术,4、关键技术,国际先进水准的气象核心业务技术,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,（1）基于WebGIS显示技术，显示区域灵活可变，可粗可细；（2）具有国际水准的精细化临近、短时预报技术的业务系统，强对流天气预报能力国内领先，特别是1-6小时短时预报预警技术具有特色；（3）智能化可配置的核心算法作业调度与管理平台,核心算法作业调度与管理平台是珠江三角洲强天气预报预警系统后台管理的核心部件之一。该平台负责系统中气象核心业务的管理与配置算法程序的调度与监视，以及对远程主机状态、系统运行状态、作业及产品输出状态的监控等。监控对象主要包括系统守护进程运行状态、各计划任务执行情况、当前正在运行或准备运行的业务（进程）、系统CPU、Memory、HardDisk等硬件消耗情况，以及已运行程序的运行状态记录等。对于运行异常的程序做出警告，并根据策略配置，自动尝试重新激活相关程序。对死锁、死循环、持续占用CPU资源等情况进行智能纠错，并根据策略配置决定是否终止进程或重新激活。该平台采用双守护进程技术，最大程度地保障整个系统的持续稳定运行，同时具备开放、灵活、可扩展的API，不仅适用于珠江三角洲强天气预报预警系统，还可应用于其他业务逻辑复杂的专业服务系统中。,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,（4）系统的高效实时性。（5）具有行业特色的定制化功能,例如航空气象预报。为了更精细化的分析影响航班的天气条件，需要对机场区域和航线进行天气条件的分析，并根据分析结果来预测飞机起降条件和飞行条件。以机场塔台为中心，通过一个20km40km的矩形和30km的圆，将机场区域划分为八个区域，通过对影响这八个区域气象条件的分析，管制人员可以判断最近时间进入各个区域可能影响起降的情况，适时发布流控。航班起飞后提供航路，进出口走廊，终端区导航台，关键大区的天气预报。,系统采用websocket通讯机制，在浏览器和服务器之间建立双向连接，以基于事件的方式，赋予浏览器原生的实时通信能力，扩展web应用，增加用户体验，提升应用的性能。通过数据的实时传送，数据的事件驱动，数据源的主动推送，将珠江三角洲强天气预报预警系统的数据及时，安全，便捷地反映到客户浏览器中。为保证系统的高效实时性，系统通过高频次的实时监控产品服务器中产品变化情况，及时将最新的产品资料发送给用户，对于异常的预警信息也能实时以预警的形式告知用户。,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,起降条件分析预报,航路天气预报,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,（6）气象大数据处理与网络化架构特色。,本系统运用气象算法将采集到的数据（自动站数据，雷达数据等）根据业务需求形成不同的气象产品，并采用B/S模式来发布处理数据。由于航空气象业务系统面临数据量大，数据混杂，且对系统实时性、精细化要求较高，这对服务器端处理数据速度提出了很高的要求。因此本系统在气象数据处理过程中采用了C+语言作为处理数据语言，生成dll动态链接库，服务器端采用JNI技术调用生成的dll，将处理后的数据返回服务器端，服务器端接受处理完数据信息后采用WebSoket技术将接收信息发送到WEB端，从而形成整个气象大数据处理与网络化架构的整体衔接。,网络化架构示意图,气象算法产品Web端展示（雷达拼图CAPPI）,南京信大气象科技有限公司,5、系统特点,（7）采用高效实用的计算机新技术。,HTML5+CSS3的运用。最新的Web标准技术，代表了下一代HTML和CSS技术。其特点包括：更好的Web应用，更精美的界面，更强