計(jì)算機(jī)在氣象中的應(yīng)用

摘要:電子計(jì)算機(jī)作為人類20世紀(jì)的偉大發(fā)明,對全球的政治、經(jīng)濟(jì)以及人們的工作、生活都產(chǎn)生巨大影響,隨著知識經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)社會的形成,計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸成為人類競爭與生存的必備技能,各行各業(yè)的人都迫切地要求學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識掌握計(jì)算機(jī)的使用方法,特別是我們氣象部門需要掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)為氣象現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。

氣象信息交流是現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。他主要包括:通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲管理與共享服務(wù),高性能計(jì)算機(jī)交流等,信息交流作為氣象信息的傳輸,存儲管理、計(jì)算機(jī)處理,資源共享的基礎(chǔ)設(shè)施,其發(fā)生是氣象現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一,并直接影響到氣象業(yè)務(wù)部門和廣大用戶能否及時快速的獲取和發(fā)送國內(nèi)外氣象信息,關(guān)系到氣象能否為各級政府,國民經(jīng)濟(jì)國防建設(shè)等提供優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù),氣象信息交流的發(fā)展經(jīng)受到其他氣象業(yè)務(wù)交流發(fā)展的驅(qū)動,又制約著其他系統(tǒng)的快速發(fā)展。

1、氣象信息交流的需求

氣象信息是國家基礎(chǔ)性,戰(zhàn)略性信息資源,也是國家空間基礎(chǔ)信息之重要組成部分。許多關(guān)系到我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程之重大國際國內(nèi)問題的決策。都需要大量氣象信息的支撐。如:天氣預(yù)報、氣候預(yù)測、氣候變化、可持續(xù)發(fā)展等,國家之許多重大工程項(xiàng)目,也迫切需要?dú)庀笮畔⒌姆?wù)。

1.1氣象信息之收集,傳輸能力需求

在氣象信息的收集和傳輸方面,未來氣象業(yè)務(wù)服務(wù)發(fā)展的特點(diǎn)是:全國各級氣象部門之問,各部門之問之互聯(lián)需要寬帶網(wǎng)絡(luò)的支持,對完善氣象資料收集網(wǎng)絡(luò)較大影響的氣象信息包括:新一代多普勒天氣雷達(dá)資料,衛(wèi)星資料、自動站時空加密觀測資料,閃電定位探測資料、GPS/MET觀測資料,風(fēng)廓線控測資料、氣候交流預(yù)測所需的多圈層其他資料等;隨著各類數(shù)值模式不斷研發(fā)并業(yè)務(wù)化以及計(jì)算機(jī)加工處理能不斷提置,由此產(chǎn)生的預(yù)報,預(yù)測產(chǎn)品數(shù)量將大幅度增加。進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)產(chǎn)品的要求越來越高,新一代電視天氣會商要求寬帶網(wǎng)絡(luò)的支撐,綜合。信息加工平臺既要求與本級氣象信息加工分析預(yù)測交流的網(wǎng)絡(luò)連接,又要求與外服務(wù)的各類對象的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接,氣象專用頻道的電視節(jié)目制作與傳遞也需要寬帶網(wǎng)絡(luò)的支撐。

1.2氣象信息加工處理能力需求

氣象信息的加工處理需求主要是指用于氣象、海洋、水文、空氣質(zhì)量等數(shù)值預(yù)報,預(yù)測業(yè)務(wù)和科研對高性能計(jì)算機(jī)能力的需求。隨著模式、資料同化方法的不斷改進(jìn)、時空分辨率和精確度不斷提高、預(yù)報時效不斷延長,集合預(yù)報的連續(xù)發(fā)展,作業(yè)種類不斷增多,對計(jì)算和存儲資源的需求量指數(shù)上升,預(yù)計(jì)到2010年,氣象加工處理時高性能計(jì)算機(jī)能力的需求為峰值性能200Tflops(200)萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒)以上。

1.3氣象數(shù)據(jù)的存儲管理與共享需求

隨著綜合觀測系統(tǒng)的全面建設(shè)和不斷完善,可以獲取和利用的氣象數(shù)據(jù)量將是指數(shù)增長是,隨著預(yù)報、預(yù)測業(yè)務(wù)能力的不斷增強(qiáng)與發(fā)展,預(yù)報、預(yù)測產(chǎn)品數(shù)量將大幅度增加,各行各業(yè)對氣象信息發(fā)共享需求日益迫切;上述需求對氣象數(shù)據(jù)的存儲管理及應(yīng)用均提出更高更新的需求。

2、國內(nèi)氣象信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀

氣象行業(yè)對大量信息進(jìn)行收集,加工處理、分發(fā)和存檔,氣象業(yè)務(wù)工作要求必須存放地應(yīng)用各類信息技術(shù),信息技術(shù)也滲透到氣象行業(yè)的各個方面。20世紀(jì)90年代以來,以氣象通信網(wǎng)絡(luò),高性能計(jì)算機(jī)為代表的我國氣象信息系統(tǒng)已取得長遠(yuǎn)進(jìn)步,形成了一套比較完整、業(yè)務(wù)化的實(shí)時氣象信息交流。

2.1 氣象衛(wèi)星信息

通過氣象衛(wèi)星綜合應(yīng)用業(yè)務(wù)(9210工程)的實(shí)施,建立了基于ZSAT衛(wèi)星通信技術(shù)的覆蓋全國地市級以上的雙向通信網(wǎng)和覆蓋全國市以上的高數(shù)據(jù)廣播網(wǎng),大大提高了國內(nèi)氣象通信傳輸能力。初步建成了由大客量磁盤限制和自動磁帶領(lǐng)域的氣象信息存儲系統(tǒng);完成了國家級骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)。

2.2氣象資料系統(tǒng)

氣象資料的管理作為我國基礎(chǔ)氣象業(yè)務(wù)受到越來越高度的重視,包括資料收集,加工處理,存儲和服務(wù)的數(shù)據(jù)管理工作在標(biāo)準(zhǔn)化,規(guī)范化和現(xiàn)代化方面取得了重要進(jìn)步。越來越多的歷史資料已成為可供計(jì)算計(jì)管理的數(shù)字化資料,主要的氣象資料已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理和服務(wù),已經(jīng)建立的大量標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范的可供用戶直接使用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,使氣象資料的完整性、安全性和準(zhǔn)確性得到越來越多的保障。

2.3數(shù)據(jù)庫管理信息

商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在國家級和省級氣象業(yè)務(wù),部門得到初步應(yīng)用,以數(shù)據(jù)為中心的業(yè)務(wù)編程正在形成。因特網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于信息交流,發(fā)布,基于部門專網(wǎng)的政務(wù)信息系統(tǒng)已覆蓋大部分地市、在某些省已到縣,桌面微機(jī)已成為專業(yè)技術(shù)和管理人員的基本。

3、氣象信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

信息技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展最快的技術(shù)之一,信息技術(shù)的飛速發(fā)展為氣象信息系統(tǒng)發(fā)展提供了良好的發(fā)展,機(jī)遇和技術(shù)基礎(chǔ)。

3.1通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.1.1地面通信

國內(nèi)主要電信運(yùn)營已采用密集波分復(fù)用技術(shù)構(gòu)建新一代公共傳輸網(wǎng),把光纜骨干網(wǎng)從格狀變?yōu)榄h(huán)狀,環(huán)網(wǎng)采用新一代大量基于SDH10Gbps基礎(chǔ)速率的先傳輸設(shè)備,使一對光纖的傳輸容量達(dá)到1600Gbps。這個環(huán)形網(wǎng)的一處發(fā)生故障,都可以自動恢復(fù)。

3.1.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

高速局域(城域網(wǎng))技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在以太網(wǎng)交換,異步傳輸模式(ATM)多層交流等方面。萬兆以太網(wǎng)已形成標(biāo)準(zhǔn),并逐步運(yùn)用,范圍內(nèi)通過單模光纖或多膜光纖以十倍于千兆以太網(wǎng)的速度傳輸;ATM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)寬帶,為以用戶提供很好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充性,多層交換技術(shù),可用于千兆位網(wǎng)的交換。

寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主要體現(xiàn)在高清晰度視像會議,視頻點(diǎn)播系統(tǒng)(VOD),運(yùn)程教育,互動電視和虛擬現(xiàn)實(shí)等方面。

3.1.3移動通信技術(shù)

正在用一種全新的方式推動移動互聯(lián)時代的到來,無線技術(shù)除了 光線通信技術(shù)外,有代表性的無線局域網(wǎng)(WLAN),通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)碼分多址,基于家庭射頻,等無線通信技術(shù)的高速發(fā)展正在受到人們的關(guān)注,根據(jù)商用移動通信服務(wù)的

普遍服務(wù)原則,移動通信網(wǎng)將覆蓋更廣的地域,為觀測系統(tǒng)資料將等提供了可選擇的通信手段。

3.2高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)

高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合性能的提高性將繼續(xù)依賴微電子,體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件的共同進(jìn)步。未來幾年,一方面?zhèn)鹘y(tǒng)CPU芯片的性能將會隨著集成電路的集成度和主頻的提高而不斷改進(jìn),另一方面一些新技術(shù)計(jì)算機(jī)可能會在某些特制領(lǐng)域得到應(yīng)用,并行機(jī)的體的結(jié)構(gòu)將在共享內(nèi)存和分布式內(nèi)存兩個層次上繼續(xù)進(jìn)步,未來主流的高性能計(jì)算機(jī)均能支持多種并行編程模式。系統(tǒng)軟件進(jìn)步將并行應(yīng)用軟件,開發(fā)更加方便。

4、總結(jié)

目前我國計(jì)算機(jī)還不止現(xiàn)況,還將在1、通信網(wǎng)絡(luò)方面:(1)建成全國寬帶主干網(wǎng)絡(luò),(2)資料收集網(wǎng),(3)廣播通信網(wǎng),(4)國際氣象通信交流,(5)局域網(wǎng)交流。2、國家級高性能計(jì)算環(huán)境方面:(1)國家高性能計(jì)算中心,(2)高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立。3、數(shù)據(jù)存儲檢索與數(shù)據(jù)共享方面:(1)氣象數(shù)據(jù)存儲檢索交流,(2)數(shù)據(jù)共享。4、國家級氣象業(yè)務(wù)異地定備份系統(tǒng)方面。5、運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)方面:(1)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控,(2)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控,(3)信息系統(tǒng)安全監(jiān)控,(4)綜合監(jiān)控平臺。隨著氣象現(xiàn)代化高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)直接為氣象服務(wù),具有重要意義。

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