国家气象中心信息化全面升级
今年的天气就好像是小孩的脸一样说风就是雨，上午还是骄阳似火，到了下午就阴云密布狂风暴雨。北京人也许还在对那场不期而至的大暴雨心有余悸，它给这座城市带来的不仅仅是巨额的损失，更是深深的创伤，人们不禁要问：城市运转怎么停滞了，城市的应急预案哪去了？国家气象中心信息技术支持中心副主任赵西峰表示：在灾害天气的城市预警和应急系统中，天气预报是最基本也是最关键的一环，因气象预报的落后会带来城市应急反应速度的滞后。 
 

各部门协同应对
“在遇到突发天气的预警时仅仅靠预报是远远不够的，它需要城市的各个部门协同作战。我们与相关的部委都有专线的连接，可以保证信息的及时传送。对于这一段时间的降雨，我们已经向防汛、市政、排水、园林等各部门和单位发出了预警。”赵西峰说：“同时，在发生恶劣天气时还要通过广播、电视等手段第一时间告知老百姓。此外，山东已经建成了手机短信平台，通过移动、联通、小灵通等方式，向市民提前发送气象警报。”

赵西峰说：“天气预报不仅是老百姓日常出行的‘风向标’，同时更是中央机构决策的重要依据，比如根据降雨量的分布情况，中央会作出对主要河流和水库是否分洪放水的决策。而天气预报的准确性、及时性直接关系到有序的应急工作。”

从来都嫌计算机慢
气象预报的反应速度已经越来越不能适应社会发展的需要，因此，提高气象预报的准确性和及时性已经迫在眉睫。如何提高气象预报的准确性和及时性呢？赵西峰介绍：传统的天气预报方法，在相当大的程度上依赖于预报员的经验和主观判断，因此在一定程度上存在着不客观不定量的缺点，而数值天气预报的出现和发展使预报员多了一个客观的依据，数值预报再加上预报员的经验，形成了我们每天都要听的天气预报。

高性能计算的出现，为预报员提供了准确的数值天气预报。赵西峰说：“我们做预报工作的人从来都嫌计算机慢。我们将采集的温、压、湿、风等气象要素数据与时间、地点、高度之间的相互关系，输入到高性能计算机进行相应的方程式计算就能得出下一个时刻的气象发展状况。庞大的计算量是提高天气预报准确度的基础，同时也是困扰气象人员的难题。”

“80年代初，国家气象中心是国内第一个使用大型计算机的单位，到了80年代末期建成了中期业务预报系统，使天气预报的准确性明显增强，90年代又先后上马了克雷Cray巨型计算机和达到了每秒10亿次的银河II型计算机。”赵西峰说，“但是，随着我们对气象预报的精确度和分辨率的要求越来越高，仍然觉得计算资源不够用。我们刚刚完成了一个标值为2000万美元的高性能计算机的招标工作，共有9家公司参与了投标，最后，IBM的P690中标，它的计算速度达到了每秒21万亿次。”

正在筹建气象宽带网
在高性能计算机中运行着从全国2400多个观测站传输过来的数据，如果没有这些数据就成了‘巧妇难为无米之炊’了。中国气象局经过几年的努力，建成了以卫星通信为主、地面通信为辅的覆盖全国的卫星气象综合业务系统，该系统的卫星综合通信网在北京建有主站一个，设在国家气象中心楼内，350多个地市级双向接收站，分布于省气象局和地市气象局内。同时，观测点已由人工观测转变为自动观测，观测人员可用手持终端设备定时采集数据并直接发送给计算机。

在数据传输网上，各级通信节点的信息交换全部由计算机实时自动完成，该网络把中国气象局的国家级信息控制中心的计算机局域网和各地市级气象局的计算机局域网直接互联成一个计算机广域网，现在每天在这个网上交换的信息量达数百兆字节。

“但是，只有几百k的网络传输速率已经成为数据采集的瓶颈，现在我们正在筹备建设覆盖全国的气象宽带网，计划租用电信运营商的宽带以4M～6M的速度连到省级气象局，在以兆级的速度连接到县级，我们力争在1～2年内完成这个项目。” 赵西峰说。

数值天气预报模式
准确的数值天气预报依赖于两个方面：符合实际情况的物理模型(模式)和精确详实的观测数据。以此为基础，再利用具有强大处理能力的计算机，就可以实现数值模拟。

人们提出的天气预报模式多种多样，但它们都依据于一定的物理规律。所谓中尺度模式，一般是指模式网格水平格距为2公里到2000公里之间。这一类的中尺度大气模式都必需满足一组守恒原理，这些原理可以用微分方程组的数学形式来表达。

目前，全球模式水平分辨率为60km，覆盖全球范围，预报时效为10天；区域模式水平分辨率为30km，覆盖中国范围，预报时效为60小时；中尺度模式水平分辨率为6km，覆盖北京地区，预报时效为36小时；覆盖全球范围的集合预报模式水平分辨率为120km，预报时效为10天。此外，针对北京地区特殊的局地天气气候特点，还建立了各种气象要素和预报时段的预报方法。

到2008年，高分辨率多尺度的数值预报模式将投入应用，届时可为奥运会提供30分钟、1小时、3小时、24小时、3～5天、10天的全程、连续、滚动的天气预报，特别是1～6小时的临近预报。

“目前，国内的气象服务水平与国外还有不小的差距，比如，日本在降水量的预报上非常准，欧洲在降水时间上的预报很准确，欧洲气象预报中心完全依靠计算机形成预报，只有少量的人为纠正误差。” 赵西峰说：“我们也在加紧进行信息化建设，在今年初我们购买了价值3000多万人民币的存储系统，并且计划投资上亿元采购服务器、网络等设备为地市级气象局升级业务系统。”

北京市气象局四大工程进行时
“海量存储系统的招标工作刚刚结束，8月底设备到货将进行安装；气象局到各区县的通信网络升级正在施工中，8月底将完成；气象局大楼的网络系统和视频会议系统明天开标；高性能计算机项目也正在招标过程中。这些项目都计划于今年10月1日之前完成。”7月27日，记者对北京市气象局信息网络中心刘旭林主任采访时，刘的办公桌上堆满了各种招标材料，一个小时的采访不时被电话和汇报打断。

今年7月10日北京的一场暴雨，使北京更迫切地意识到城市应急系统建设的急迫性，而作为应急系统的一部分，天气预报系统的重要性不言而喻。7月13日，北京市委书记刘淇就亲自到北京市气象局视察，并提出了加强预报系统的准确性和精度的要求，上述四大项目随即启动。而根据奥运气象服务系统建设需要，在2008年奥运会时气象预报要达到每小时/每公里的预报精度。

气象预报三大IT需求
据刘主任介绍，气象预报与IT密切相关的主要有三大部分：首先大量气象资料的获取需要通信网络传输到北京市气象局处理中心，如目前北京市气象局已经建立了卫星、光纤网络、无线网络等通信网络；其次对获取的大量资料进行分析和处理，需要一个集中的处理中心，这就需要高性能的计算机设备；另外对各种资料的存放需要一个存储中心，气象预报需要大量历史资料，同时每天要收集如卫星云图、雷达资料等大量信息，对存储系统有很大的需求。当然除上述三大部分外，还有其他的需求，如网络安全、管理等。

网络提速在即
目前北京市气象局主要通过14个城区的气象局及自动气象站提供各种信息资料，这些信息通过网络传送到市气象局。 而根据奥运气象服务系统建设需要，未来中尺度气象站、雷达、风廓线仪、GPS探空、闪电定位系统等新型探测设备将陆续投入应用，将要获取的中小尺度综合探测资料种类越来越多，需要获取资料的时效要求也尽可能快，要求从观测到提供预报预测业务应用的各个环节都要快速及时。例如，未来2-3年要求约100个以上中尺度自动气象站网每15分钟一次的数据更新；雷达信息模式基数据每6分钟一个体扫等，都对计算机通信网络提出了较高要求。

刘主任介绍，北京市气象局计算机网络与数据系统于1999年建设完成，主要有四部分：市局业务楼内的局域网络；与区县气象局连接的网络；通过专用光缆与国家气象中心连接的专用数传网络；以及通过专用光缆与市政府及防汛办连接的数传网等。目前与区县气象局的连接还主要采用拨号方式，已不能满足高速网络传输的需要，为此北京市气象局已决定将该网络升级到2 M带宽，目前该项目正在施工中，预计8月将完成。同时宽带网络建成后，将在此基础上建立视频会议系统，通过该系统可进行现场讨论、并可直接进行图文信息的传送。据刘主任透露，气象局业务楼内的局域网络与视频会议系统正在招标过程中。

计算能力要达万亿次
目前北京市气象局用于数值预报业务的主要是1999年引进的SGI ORIGIN 2000并行计算机系统，该机采用CC-NUMA结构，配置有24个MIPS R12000 CPU，峰值计算能力可达150亿次，同时清华同方集群计算机系统作为SGI ORIGIN2000的备份系统和科研开发。据介绍，基于目前的计算能力可实现15公里/24小时的预报。

而根据未来奥运系统的目标，要实现每小时/每公里的中小尺度数值预报业务，高性能计算机的计算能力需达到万亿次。北京市气象局将采取分步走的策略。现阶段首先将处理能力提高到3000亿次左右，用于科研和模式业务的运行需求。目前该项目招标工作正在进行中，预计8月底新设备将会到位，届时数值预报业务的处理能力将比原来提高20倍，预计将可以实现约3小时/10公里的预报精度。而奥运会之前，预计在2006～2007年左右，将采购10万亿次浮点计算能力的高性能计算机。

建海量存储中心
目前为止，北京市气象局还没有完善的存储系统，以前的信息主要是基于三种存放方式：一部分是一些原始的文档资料；一部分是基于软盘、磁带、光盘刻录存放的信息；另外就是高性能计算机本身存储系统存放的信息。因此2～3年前，北京市气象局就提出了建立一个海量的存储系统计划，一年前进行了需求分析和设计，目前这一计划的招标工作刚刚结束，8月份设备即将到货。

据刘旭林主任介绍，该海量存储系统是基于SAN结构的网络存储系统，磁盘阵列的存储容量达10 TB，同时磁带库的备份容量达50 TB，SAN交换机采用了博科的Silkworm 3800，磁盘阵列采用SGI TP9500，磁带库采用STK L700E，并采用了Legato的备份软件。该存储系统建成后，将可以满足海量数据信息的存储需求，届时还将可以为老百姓提供各种信息服务，例如可以通过网络查询数年前的某一天的天气情况。

据悉，上述系统建成后，北京市气象局的技术装备不仅在全国处于领先地位，同时在全球也将处于先进水平。但刘主任也表示，目前我国气象服务总体水平还存在一定差距，尤其是西部地区和边远地区。另外，在提供多种服务手段和市场推广方面还存在很大差距，气象服务产业还没有形成。而根据奥运气象服务需求分析，未来几年北京市气象局将增加各种预报产品数量，建立一个满足气象服务需求的气象服务系统。
 

作者： 转载自《每周电脑报》
Monday, August 2 2004 3:18 PM