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致敬70年气象成就系列报道·信息化建设篇:
刹那通千里 风云汇一炉
来源:中国气象报 日期:2019年11月21日07:26

  中国气象报记者 刘钊

  获取信息、处理信息、应用并发布信息产品——气象事业始终与信息紧密相连。从古人用铜乌测风、以土炭测湿、记下《晴雨录》,到近代先贤创制早期的气象台站网络,再到如今完备的气象业务体系。悠悠数千载,信息的获取、流动与加工这一本质,从未改变。

  新中国成立70年以来,气象信息这条流淌千载的小溪,以前所未有的速度发展壮大,化作浪花汹涌的奔流,奏出越来越激昂澎湃的乐章,成就今天的汪洋大海。

  也许是因为气象与信息的密不可分,也许是因为气象人天生对技术的敏锐直觉。新中国成立以来,气象一直是通信与信息新技术应用的前沿领域,气象通信手段、计算能力一再革新,在各行业中迅速取得领先地位。

  忆往昔 峥嵘岁月稠

  1950年3月1日,距离“中华人民共和国中央人民政府今天成立了!”的庄严宣告响彻宇内不到半年,新中国第一组气象广播组建完成,中央气象台通信组开始采用无线电莫尔斯广播方式,播发国内100多个观测台站和亚洲邻近国家的气象情报。载着气象信息的电波,从此在神州大地上穿梭不息。

  此后三十年,随着通信技术革新,气象人在追逐更高效通信手段的路上不断前行。从无线电广播升级到电传,又升级到气象传真。

  随着改革开放的脚步,气象业务快速发展。虽经一再升级,但传统方式已经无法满足气象通信的需求。气象人将目光投向了计算机和网络通信。

  1980年,北京气象通信枢纽(BQS)工程正式投入业务运行。气象部门借助这项工程引入了大型机,首次实现气象信息收集、传输和交换的自动化,并一跃成为世界天气监测网中技术水平先进的气象通信枢纽之一。

  BQS工程引入的M-160Ⅱ和M-170计算机,主要用于气象通信业务,也用来研发数值预报模式,有时还会对外开放。由于性能先进,全国各地、各行业都有人特地来申请使用。在那个时代,气象计算与通信能力无疑处于前列。

  此后,随着一系列高性能计算机的陆续引入,气象部门科研与数据处理需求得到了满足,许多数值模式在此期间蓬勃发展。更为重要的是,气象部门在国内率先拥有了联通国家和省级的通信主干网。

  气象信息“入网”带来的变化显而易见,上连国家、下连各省份的区域气象通信网络枢纽建成,省级以下气象部门相继连通,全国气象部门从此跨入气象通信网络化时代。

  但此时的气象通信,在利用计算机和网络方面,只是刚刚解决了“从无到有”的问题。到世纪之交,一项前所未有的大型气象通信网络工程——“9210”工程建成,将这条刚开辟出的新路,真正建设成为任由信息往来驰骋的“高速公路”。

  9210工程通过卫星双向通信解决了长期制约我国气象事业发展的通信瓶颈问题,带来了全新的秩序和速度。气象通信能力明显增强,省、地市两级气象台站从主站接收的信息量比过去提高了20至30倍,地面天气图、高空天气图和国外数值预报产品的传输时效,分别提升了1小时、3小时和2至3小时。

  此后,气象通信能力不断升级,高性能计算机持续更新换代。进入21世纪以来,随着全国气象广域网络系统和中国气象局卫星广播系统(CMACast)建成并投入业务运行,气象信息系统顺利迈入天地一体化时代,“基础骨干有保障,区域内按需发展”的四级布局顺利建成,为气象业务顺利发展提供了支撑。

  在信息化的道路上,气象人走出了先行者特有的慷慨激越,也要面对先行者才会遇到的艰难险阻。连接“数据孤岛”、打破“应用烟囱”,气象人用孜孜不倦的努力,除旧立新,拥抱大数据时代。

  看今朝 百川归大海

  如果说,中华人民共和国成立后,特别是改革开放以来的飞速发展,让气象信息从涓涓细流,发展为纵横奔流的江河。那么迈入21世纪的气象人,面对的则是全新的时代命题:如何治理这些奔腾不息的河流,使其顺畅地汇入同一片蔚蓝的信息海洋?

  随着时代的发展,信息技术已进入全面渗透、跨界融合、加速创新、引领发展的新阶段,同时,气象监测预报预警的精细度、更新率和协同性不断提升,信息规模剧增,过去为气象事业发展立下汗马功劳的气象信息系统布局,逐渐暴露出原有设计架构的不合理之处:传统的分级分散、以传统业务为切块的发展模式已难以适应新需求,数据质量参差不齐、高性能计算资源有限……

  面对困难,过往的荣耀并不足恃,气象人果断走上了改变与进取之路。随着《气象信息化行动方案(2015—2016年)》《气象信息化发展规划(2018-2022年)》《气象大数据行动计划》等一系列纲领性文件印发,一场自上而下的气象信息化革新从此展开。

  数据分散各处、遍地“孤岛”“烟囱”,那就构建统一数据来源,将收集与分发收归一处;数据标准各异、质量难以保障,那就建立气象数据标准化框架,打造统一的数据环境;计算能力不够强,那就升级超级计算机,紧跟前沿技术……

  为了规范资料处理,提升数据质量,400余人查访、两年半整理,气象部门完成了2474个国家地面站、120个高空站、99个辐射站建站以来观测资料以及台站元数据的全面整理补缺、质量审核修正、整编归档。

  为了统一数据环境与集约业务系统,不断推动“数据孤岛”融合、业务平台整合。

  为了强化基础设施,提高应用效益,引进国产高性能计算机“派·曙光”,国家级和31个省级基础资源池纷纷建立,投入产出比达1:7,需求响应从月缩短到天。

  2016年12月20日,全国综合气象信息共享平台正式业务化运行。这标志着国省统一数据环境正式建立,标准、统一支撑气象核心业务系统的数据生态初步形成。这个集数据收集与分发、质量控制与产品生成、存储管理、共享服务、业务监控于一体的气象信息共享业务系统,建立了气象数据标准化框架,规范了各类数据命名、格式和算法,定义了国省一致的气象数据存储结构和数据服务接口,实现了国省数据同步和实时历史数据一体化管理。

  就此,气象信息化的粗放发展时代宣告结束。江河奔流,终归大海,气象事业得以在更广阔的海洋中,向着更美好的明天扬帆起航。

  这是一个信息化飞速发展的时代,即使“顺水行舟”,也需鼓足风帆。面对“以气象信息化驱动气象现代化,建设智慧气象”的重任,气象人找到了新的前进方向:气象大数据云平台建设拉弓离弦,全面提速。气象信息化的未来在云端闪耀。

  待明日 飞腾入云霄

  “观测智能、预报精准、服务开放、管理科学、持续创新”,发展智慧气象凝练出的20字要求,实现起来并不简单。而作为实现智慧气象基础、手段和路径的气象信息化,需要提供技术、数据、计算、通信和安全等全方位支撑。时不我待,气象信息化的革新之路,仍要加速前行。

  全国综合气象信息共享平台的业务化运行,支持了数据的集约化,使得信息流程更加简约,但仍存在业务应用系统集约化程度低的问题。基于传统架构的全国综合气象信息共享平台不管在数据管理能力还是在信息访问效率上,都难以满足大规模数据应用的并发和计算需求,伴随应用系统自我发展的数据孤岛又开始抬头。亟待建设面向云计算、大数据技术架构的气象业务通用大数据平台,集成各类应用发展。

  作为全国综合气象信息共享平台的全面升级换代,正加速建设的气象大数据云平台,及为其提供计算、存储、网络等硬件支撑的基础设施云平台,寄托着气象信息化拥抱未来的希望。

  今年7月,气象大数据云平台1.0版本上线试运行。这是气象部门涵盖气象业务所需地球系统及相关行业数据最完备、最权威的管理平台,是气象业务“云+端”新技术体制的核心基础软件技术平台。未来,当气象大数据云平台发展成熟后,将彻底改变目前气象业务仍存在的“小、低、散”低水平重复建设现状,发挥数据聚集规模效应,实现业务集约高效、高质量发展。

  升级换代,升在哪里?换在何处?

  ——在继承数据传输和解码规范的基础上,它实现了数据流式传输、流式处理和消息传输。这意味着数据传输由传统的“传文件”升级为“发消息”,将对实况与短临预报业务意义重大的雷达观测数据近乎实时地传递到预报员案头。

  ——在继承存储结构规范和大数据存储策略的基础上,它将建立感知用户需求的“热-温-冷”数据存储体系,从需求毫秒级响应的实时业务,到速度需求不高但数据量巨大的科研应用,它都能智能识别,以不同的策略同时予以满足。

  ——在继续支撑业务应用的基础上,它将 帮助用户简化应用开发流程。用户只需关注应用本身,无需顾及底层硬件的搭建和后续运行维护。

  地面小时资料入库时效由132秒升级到9秒,卫星资料从10秒升级到5秒,雷达基数据从10秒升级到1秒……数据传输时效全面提升后,“云+端”的应用模式将成为现实。届时,数据放入云平台、算法纳入流水线、应用实现轻量化,一点存入,全网接入,全程贯通,全国应用。

  目前,“全业务、全流程、全要素”的全局一体化气象综合业务实时监控运维平台“天镜”已部署到全国,为气象大数据云平台的稳定运行,提供坚实的监控运维保障。应用大数据技术开展监测分析的网络安全态势感知平台部署并运行,可监测感知国家级业务网络安全态势,并应用云安全监测技术,监测31个省级气象门户网站。

  未来,气象大数据云平台将迎接各气象核心业务系统的融入,并在全国各省(自治区、直辖市)气象部门部署运行。届时,技术、数据、业务将实现前所未有地紧密融合。全国气象部门将在这片云中前所未有地紧密连接在一起,你中有我,我中有你,不可分割。

  70年,沧桑巨变,始终不变的是气象信息化那永远求新求变的发展方向,始终不变的是气象人提供更高质量气象服务的初心与使命。当气象业务步入云端,不再有障碍遮住远望的双眼。气象人将看到怎样的风景,让我们拭目以待。

  (来源:《中国气象报》2019年11月21日一版 责任编辑:张林)