气象信息系统的构成

1、滨江学院 气象组网课程设计报告( 2013 - 2014 年度第 二 学期)课程名称： 气象组网课程设计 题 目： 气象信息系统构成 院 系： 计算机系 班 级： 计科3 学 号： 20112308904 姓 名： 窦同庆 指导教师： 李振宏 日期：2014 年 5月 28日气象信息系统构成摘要：目前气象部门内的气象信息系统主要由通信系统、网络系统、计算环境、数据管理与服务几个部分组成。关键词：通信系统 网络系统 高性能计算系统 数据管理与服务一、引言气象信息系统是气象信息与技术保障体系的组成部分，是气象业务的公共技术基础支撑系统，主要包括通信与网络、高性能计算机、信息存储与共享、数据处理与管

2、理、探测数据质量控制、气象仪器与观测方法研究、气象技术装备管理、气象仪器的计量检定、技术保障等。气象信息交流是现代气象业务的基础系统和支撑系统。他主要包括：通信网络、数据存储管理与共享服务，高性能计算机交流等，信息交流作为气象信息的传输，存储管理、计算机处理，资源共享的基础设施，其发生是气象现代化水平的重要标志之一，并直接影响到气象业务部门和广大用户能否及时快速的获取和发送国内外气象信息，关系到气象能否为各级政府，国民经济国防建设等提供优质气象服务，气象信息交流的发展经受到其他气象业务交流发展的驱动，又制约着其他系统的快速发展。二、气象信息系统的构成气象信息系统是整个气象事业的公共技术基础设施

3、，是国家信息基础设施的重要平台和组成部分，是世界气象（气候系统）基础设施的重要节点，是整个多轨道业务技术体系能否高效能运转的基础保障。气象信息技术体系的作用是面向国家需求和世界气象领域科技与业务发展提供基础气象信息资源服务。气象信息系统总体结构框架与体系关系示意图：2.1通信系统通信是通过某种媒体进行的信息传递。计算机网络是利用通信设备和介质将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。简单的说即连接两台或多台计算机进行通信的系统。气象通信系统主要承担着各类观测资料、预报预测和服务产品等的收集与分发、对世界气象组织非洲区域气象通信枢纽相关

4、业务进行实验监控等功能。2.1.1通信系统的组成 信源发送器信道接收器信宿数据信号信号数据计算机A计算机B（数据传输子系统）信源：信源是发出信息的源，其作用是把各种可能消息转换成原始电信号。 信道：是指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。 信宿：是传输信息的归宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息 2.1.2通信系统的分类按传输媒质分:无线通信和有线通信 所谓有线通信，是指传输媒质为架空明线、电缆、光缆、波导等形式的通信，其特点是媒质能看得见，摸得着。所谓无

5、线通信，是指传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质（如电磁波）的一种通信形式按信道中所传信号的特征分按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。按工作频段分按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。气象领域的通信系统是整个通信系统的一个具体应用领域，一个分支，因此气象网络通信系统和其他部门特别是通信部门的通信系统有着很大的相关性和相似点。 气象通信系统主要包含两大部分：无线通信系统和有线通信系统。无线通信系统：无线通信方式是气象通信系统的一个重要组成部分，气象领域的无线通信方式主要有卫星通信和GPRS/CDM

6、A两种方式，我们主要介绍一下卫星通信方式。2.2网络系统 气象网络系统包括世界气象组织全球电信系统、覆盖全国的气象广域网、各级气象部门的计算机局域网、互联网接入网、电子政务外接网接入网等，其主要功能是为气象信息的收集、分发与共享提供高效、安全的数据传输途径和能力，为基于网络综合应用系统和计算机资源的共享有效、安全的支撑，承担自身的监控功能。 建设综合通信与高速计算机网络系统。根据世界气象组织对全球通信系统（GTS）技术发展的规划及北京国际气象通信系统作为亚洲区域气象通信枢纽的要求，对北京国际气象通信系统适时升级换代，不断提高其资料的国际交换与服务能力，使之成为世界气象组织全球通信网上的主干节点

7、，成为世界气象组织全球信息系统中心(GISC)之一。 根据业务需求，采用窄带与宽带、有线与无线相结合的通信方式，建设高效、可靠和安全的全国气象通信网络系统，满足观测资料的实时收集、产品分发、信息交换、天气预报电视会商、灾难备份系统高速连接等需要。 采用光交换等新技术升级改造国家级气象业务骨干计算机网络系统，提高网络的性能和可管理性，在保证网络服务质量的同时不断适应国家级业务发展的需求。适时升级改造省级计算机网络系统，使其具备高可靠性、高可用性与安全性，主干达到每秒1000兆比特（Mbps）以上的传输能力。 建设海量资料存储检索与共享系统。该系统由大容量磁盘阵列、大容量自动磁带库等存取设备、有较

8、强数据处理和数据管理能力的高性能计算机和配套软件系统、高速传输的网络等组成，可实现实时与历史资料的管理与服务自动化。 建立综合气象资料收集、加工和存储服务子系统，建立多圈层、多学科的地球系统观测资料分布式虚拟数据中心，开发气候系统各圈层标准规范、质量可靠、长序列的数据集产品，构建气候系统资料共享系统。 建设国家级气象信息网络异地灾难备份系统。即在北京之外，建设由海量存储检索系统、高性能计算机系统和通信网络系统等组成的国家级气象信息网络与气象关键业务的异地灾难备份系统，以保障气象信息安全和全国气象业务可靠运行。2.3高性能计算系统所谓高性能计算，即为高性能计算机和高性能服务器的应用，是各国特别是

9、发达国家竟相争夺的战略制高点。作为国家信息基础设施的核心，就气象部门而言，高性能计算对我们的科学研究和技术创新具有战略性影响。高性能气象计算环境主要是指为数值天气预报、气候预测与预估等业务和研究所提供的高性能计算资源。气象工作离不开高性能计算机：人类从人力推算到高性能计算机，倾注了无数人大量的心血和努力。对于现代天气预报和气象研究工作，高性能计算机则占据了极其重要的位置。 随着社会经济的发展，政府、社会和公众对气象预报和服务提出了更高的要求，特别是一些特殊气象保障任务需要预报员提供定点、定时、定量的精细气象预报和服务。而对于现代天气预报而言，为确保其实施的实效性和运行的稳定性，必然要求建立在数

10、值预报基础之上，但数值模式普遍具有计算规模巨大、高精度等特点，于是高性能计算机便成为了现代气象研究的中流砥柱。 数值天气预报水平的高低已成为衡量世界各国气象事业现代化程度的重要标志。美国国家大气研究中心与科罗拉多大学合作，采用了IBM蓝色基因超级计算机来仿真海洋、天气和气候现象，并研究这些现象对农业生产、石油价格变动和全球变暖等问题的影响。日本科学家研制成功了代号为“地球模拟器”的超级计算机，其主要目的就是要提供准确的全球性天气预报，使各个国家和地区更好地防御暴风雪、寒流和酷暑期的到来。 我国是一个幅员辽阔的国家，在气候上呈现多层次、多样性、多变性等特点，尤其是近几年洪涝、干旱等自然灾害比较严

11、重，及时、准确的天气预报逐步受到重视，因此随着地区气象市场的逐步成熟，更高效率的高性能计算机成为了人们关注的对象。作为国产服务器第一品牌的曙光公司，一直以来就非常关注气象领域对高性能计算机的需求。 由于采用了软硬件一体化设计，曙光气象专用机在硬件平台上直接移植了目前在中尺度数值天气预报领域处于领先地位的NCA MM5系统，这套系统每天自动定时定点进行业务系统预报，从数据导入到气象绘图的整个流程自动完成，不需要人工干预；用户可以随时监控整个系统的运行，大大节约了操作的时间。甚至不需要任何计算机系统知识的培训，用户就可以快速掌握整个预报系统。而且该系统既可以作为业务预报系统，又可以作为气象研究和测

12、试的平台，一机多用，用户可以根据自己的需要进行参数设定和算法调试。系统还提供了数据保存功能，使得用户可以对以往一个月内不满意的预报进行重新计算和分析，最大限度地满足了气象部门准确及时预报的需求。 气象工作离不开高性能计算机，而且每隔三四年就有一次主机的更新，速度还要提高一个数量级。在前10年，我们还只能选择国外品牌高性能计算机，而近几年以曙光为代表的高性能计算机已经明显提升了气象服务的综合实力。曙光机在我国气象领域取得了非常广泛的应用，大大促进了中国气象科技水平的提升，为老百姓的日常出行和众多国家重大工程提供了强有力的保障。从日常天气预报到大型气候研究、从陆地到海洋、从地面水文气象到太空天气等

13、领域，都活跃着曙光高性能计算机的身影。2.4数据管理和服务系统通信是通过某种媒体进行的信息传递。计算机网络是利用通信设备和介质将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来,以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。简单的说即连接两台或多台计算机进行通信的系统。气象信息服务是指将预报、预测以及观测等信息进行再组织、评价、选择与再加工，并使之有序化，成为用户易于理解、方便利用和有价值的信息，最后通过多种方式将信息传递给需要服务的用户。随着社会经济和科学技术的不断发展，气象在农业、民航、军事等领域的作用越来越被人们所重视。同时气象业务也正迈向市场化，需要具备提供及时、全面的气象信息服务

14、的能力。因此，面向各个领域和用户群体的气象信息服务需要具备以下特点：（1）精确性：向用户提供精确的气象数据。（2）实时性：保证用户及时获取所需的气象信息。（3）交互性：用户可以与气象业务系统进行交互，而不是被动的接受数据。（4）针对性：各个领域对气象数据的要求不同，因此，气象信息需要具有针对性。在数据库技术和网络技术的不断发展推动下，气象信息服务技术得到了飞速的发展。目前，许多基于数据库技术开发的气象信息服务系统，实现了气象信息服务的实时性、交互性和针对性，方便了气象数据的存储、处理和共享。这些气象业务系统在应用时，往往与网络技术相结合，形成基于b/s或c/s的气象信息共享、查询、处理系统。系

15、统在运行时，客户端需要与远程数据库服务器在一个以太网环境下。客户端通过高速网络向数据库服务器提交请求，与服务器进行数据传输。但是，这类气象业务系统在运行时，用户被局限在一个有线的网络环境中，其查询信息时受到地理位置等因素的限制，从而使系统的应用缺乏灵活性。目前，移动通信技术已趋于成熟，同时，越来越多的客户希望能够“随时随地”的查询气象信息。许多气象部门开始着力于基于移动通信技术的气象信息服务系统的开发。如基于短消息平台的气象信息服务系统已经在一些地区得到应用。但这种气象信息服务系统以短消息形式发送气象数据，存在操作不便，数据显示方式单一，可扩展性不强等不足。而采用移动数据库技术开发气象信息服务

16、系统则可以有效解决这些问题。2.5信息共享平台信息共享平台指信息系统为各方面用户提供信息系统资源共享（数据、信息、计算等）的服务系统，是信息系统面向用户的窗口。 三、 总结气象信息系统是整个气象事业的公共技术基础设施，是国家信息基础设施的重要平台和组成部分，是世界气象基础设施的重要节点，是整个多轨道业务技术体系能否高效能运转的基础保障。气象信息技术体系的作用是面向国家需求和世界气象领域科技与业务发展提供基础气象信息资源服务。气象信息系统是气象信息与技术保障体系重要组成部分，是多轨道业务和功能体系的公共技术基础支撑，起着纽带与支撑作用。它不仅可以将某一轨道的观测、预报预测、服务和研究有机结合，构成完整的研究型轨道业务系统，同时还可将多个轨道有机融合，相互支持，形成