昆明市SWAN平臺(tái)的搭建及其與省級(jí)SWAN的搭配使用

甄廷忠　張琪　唐學(xué)軍　江龍　周稀

摘 要：強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)（SWAN）的推廣應(yīng)用是提高氣象業(yè)務(wù)水平的重要途徑。文章從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、系統(tǒng)服務(wù)器平臺(tái)搭建、客戶端安裝及本地業(yè)務(wù)化應(yīng)用4個(gè)方面，簡(jiǎn)述了SWAN在昆明市氣象局的搭建過(guò)程和應(yīng)用，通過(guò)比較分析指出云南省和昆明市兩級(jí)SWAN系統(tǒng)在雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品、自動(dòng)站觀測(cè)資料上的差異表現(xiàn)：產(chǎn)品及時(shí)率、站點(diǎn)密度和部分區(qū)域產(chǎn)品準(zhǔn)確率不同，指出SWAN系統(tǒng)有待完善之處，建議搭配使用省、地兩級(jí)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品，以發(fā)揮各自長(zhǎng)處、彌補(bǔ)不足，提高短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)水平。

關(guān)鍵詞：SWAN；本地化；省地兩級(jí)；搭配使用

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0040-04

Abstract： The popularization and application of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN） system is an essential way to improve the meteorological operation level. This paper introduces the building process and application of SWAN in Kunming Meteorological Bureau from four aspects： basic data preparation， system server platform construction， client installation and local business application. Through comparison and analysis， the difference between SWAN systems of Yunnan Province and Kunming City in terms of radar-related products and observation data of automatic stations is figured out： the timely rate of products， the density of stations and the accuracy rate of products in some areas are different， and it is pointed out that the SWAN system needs to be perfected. It is suggested that the products of provincial and municipal SWAN systems should be used together to make full use of their respective strengths and make up for their deficiencies， in order to improve the level of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN）.

Keywords： SWAN； localization； provincial and municipal systems； collocation

1 概述

強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱“SWAN”）是中國(guó)氣象局推廣應(yīng)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。昆明市氣象局按照中國(guó)氣象局和云南省氣象局的要求，根據(jù)自己擁有新一代天氣雷達(dá)的自身?xiàng)l件，率先完成可供全市氣象部門(mén)使用的地市級(jí)SWAN系統(tǒng)平臺(tái)的搭建。該系統(tǒng)在滿足基層業(yè)務(wù)人員便易獲取更多氣象資料的同時(shí)，也提高了強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警的能力。而后，隨著云南省級(jí)SWAN系統(tǒng)在全省氣象部門(mén)推廣使用，昆明市氣象局業(yè)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)，省、市兩級(jí)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)，合理搭配使用能相互彌補(bǔ)不足，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，對(duì)改善強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警能力有重要幫助。本文介紹昆明市SWAN系統(tǒng)平臺(tái)的搭建和省、市兩級(jí)該系統(tǒng)的搭配使用經(jīng)驗(yàn)。

2 昆明市SWAN系統(tǒng)的搭建

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

SWAN系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由雷達(dá)基數(shù)據(jù)、雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、自動(dòng)站Z文件、雷電數(shù)據(jù)等組成。首先需要清楚各種數(shù)據(jù)所屬管理單位，掌握各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式、存放路徑、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等[1]，以供SWAN系統(tǒng)服務(wù)器端進(jìn)行調(diào)用。

2.1.1 雷達(dá)基數(shù)據(jù)

因SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需的雷達(dá)基數(shù)據(jù)為BZ2格式，與國(guó)家局下發(fā)的RPGCD軟件上傳的數(shù)據(jù)格式一致。本著充分利用現(xiàn)有資源和減少工作量的原則，利用RPGCD軟件的FTP上傳功能成功獲取BZ2格式的雷達(dá)基數(shù)據(jù)；編程實(shí)現(xiàn)了基數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刪除程序，保證硬盤(pán)存儲(chǔ)空間充足。

2.1.2 雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)

SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需雷達(dá)PUP產(chǎn)品為固定樹(shù)目錄存儲(chǔ)格式，與敏視達(dá)公司開(kāi)發(fā)的PUP軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目錄結(jié)構(gòu)一致。通過(guò)建立局域網(wǎng)共享目錄，成功實(shí)現(xiàn)雷達(dá)PUP產(chǎn)品的獲取。

2.1.3 自動(dòng)站Z文件

SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需自動(dòng)站數(shù)據(jù)文件與國(guó)家局要求上傳的數(shù)據(jù)Z文件是相同的。但在實(shí)際業(yè)務(wù)流程中，Z文件生成以后即被上傳至省局信息中心。故在Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)的C#開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站數(shù)據(jù)Z文件分發(fā)程序，來(lái)覆行分發(fā)、獲取、傳輸和存儲(chǔ)Z文件的功能；并編程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)站Z文件的實(shí)時(shí)刪除功能。

2.1.4 雷電數(shù)據(jù)

由于全省雷電數(shù)據(jù)全部存放于省局服務(wù)器，且SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需數(shù)據(jù)有固定格式，故利用oracle數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢、獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和刪除功能。

2.1.5 MICAPS相關(guān)數(shù)據(jù)

昆明市氣象局MICAPS相關(guān)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品存放于機(jī)房服務(wù)器，SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需的MICAPS相關(guān)數(shù)據(jù)采用局域網(wǎng)共享的方式獲取。

2.2 搭建SWAN系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行平臺(tái)

根據(jù)SWAN系統(tǒng)平臺(tái)后臺(tái)服務(wù)程序相關(guān)要求，用一臺(tái)Windows server 2008系統(tǒng)的專用服務(wù)器搭建服務(wù)器端1.0版本所需運(yùn)行環(huán)境，成功安裝SWAN系統(tǒng)服務(wù)器端應(yīng)用程序。并對(duì)資料路徑、雷達(dá)參數(shù)、模塊閥值、系統(tǒng)參數(shù)、線程配置等各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置（詳細(xì)設(shè)置步驟參考SWAN用戶手冊(cè)），完成各種數(shù)據(jù)后臺(tái)運(yùn)行、處理和測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

SWAN系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)站站點(diǎn)信息需要配置為固定格式的純文本格式[2]。因昆明地區(qū)區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)量龐大，特編程實(shí)現(xiàn)了將區(qū)域自動(dòng)站站點(diǎn)信息自動(dòng)、批量轉(zhuǎn)換成SWAN系統(tǒng)平臺(tái)所需的自動(dòng)站站點(diǎn)文件格式。

2.3 SWAN系統(tǒng)客戶端安裝、配置及本地化應(yīng)用

本文中SWAN系統(tǒng)平臺(tái)客戶端為1.6版本（強(qiáng)天氣版），采用全新框架，界面更加友好，集成度更高，智能化和自動(dòng)化均有提升[3]，更趨向于強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警，故名“強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)”。

2.3.1 客戶端安裝

依照SWAN客戶端的技術(shù)應(yīng)用規(guī)則，完成SWAN1.6版本客戶端安裝，過(guò)程簡(jiǎn)單，不再敖述。

2.3.2 客戶端配置

（1）數(shù)據(jù)路徑配置

省級(jí)SWAN客戶端數(shù)據(jù)路徑設(shè)置為“＼＼10.208.6.30＼share＼swan＼LOCAL”，地市級(jí)SWAN產(chǎn)品路徑使用各地服務(wù)器IP地址替換“10.208.6.30”部分即可。第一次設(shè)置時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示無(wú)法連接服務(wù)器，需要用戶對(duì)服務(wù)器進(jìn)行登錄，并勾選下次自動(dòng)登錄，保存用戶名和密碼。

（2）報(bào)警配置

報(bào)警配置包含報(bào)警范圍、報(bào)警要素和報(bào)警時(shí)間配置。報(bào)警范圍為單選模式，分為不限范圍、圓形范圍和地理區(qū)域范圍三種，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置相應(yīng)報(bào)警范圍，但建議使用地理區(qū)域范圍報(bào)警。報(bào)警要素為多選模式，分為雷達(dá)回波、雷達(dá)特征量和自動(dòng)站三種，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求自主選擇，建議全選。報(bào)警時(shí)間設(shè)置是設(shè)置一天中某時(shí)間段為靜音模式，用戶根據(jù)實(shí)際需求自主設(shè)置。

（3）閾值設(shè)置

閾值設(shè)置包括自動(dòng)站風(fēng)速和5min、10min、1h、2h、3h、6h、12h、24h雨量閾值設(shè)置，如果用戶沒(méi)有特殊需求，建議采用默認(rèn)數(shù)值，如果用戶修改閾值數(shù)據(jù)，要確保閾值大于等于0.1，防止誤報(bào)。

2.3.3 本地化應(yīng)用

（1）地理信息本地化

SWAN客戶端初始地圖顯示為云南省地圖，各州市、各縣區(qū)邊界線都是同樣的線條顏色和粗細(xì)度，對(duì)云南省和昆明市無(wú)任何突出顯示。

經(jīng)過(guò)研究，SWAN客戶端采用的地理信息圖層為ARCGIS的shp格式的圖層，圖層層數(shù)控制和各個(gè)圖層顯示順序在“map_color.ini”配置文件中設(shè)置。通過(guò)采取以下措施完成地理信息的本地化：a.通過(guò)MAPINFO7.0對(duì)tab格式的云南省省界線圖元進(jìn)行修改，使云南省界更改為深色，并通過(guò)MAPINFO7.0的通用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為shp格式圖層。b.采取類似上一步的操作，制作tab格式的昆明市界（不包括縣界）地圖層，更改為深色，轉(zhuǎn)換成shp格式圖層待用。c.將云南省界和昆明市界shp格式地圖層存放于安裝路徑下data文件夾內(nèi)；在“map_color.ini”配置文件中增加地圖層數(shù)，并增加云南省界和昆明市界地圖層為默認(rèn)顯示圖層。

通過(guò)以上處理步驟，成功將SWAN系統(tǒng)的地理信息本地化。本地化完成后的界面如圖1所示。

（2）預(yù)警信號(hào)和落區(qū)預(yù)報(bào)的本地化

a.落區(qū)示意圖本地化：

如圖2所示，設(shè)置SWAN客戶端“產(chǎn)品參數(shù)配置”，設(shè)置標(biāo)題內(nèi)容，控制標(biāo)題、圖例、logo的位置；設(shè)置地圖顯示經(jīng)緯度范圍，就得到如圖3所示的落區(qū)示意圖。

b.預(yù)警信號(hào)和落區(qū)預(yù)報(bào)簽發(fā)單位的本地化：

安裝目錄下面有“sortforecast.doc”、“template.doc”和“userinfo.txt”三個(gè)文件，分別是落區(qū)預(yù)報(bào)模板、預(yù)警信號(hào)模板和模板替代部分設(shè)置文件。落區(qū)預(yù)報(bào)模板、預(yù)警信號(hào)模板中簽發(fā)單位的代碼均為$unit$，在“userinfo.txt”文件中把$unit$設(shè)置為用戶需要的單位即可完成簽發(fā)單位的本地化。例如“$unit$=昆明市氣象局”，那么簽發(fā)單位將變更為昆明市氣象局。如圖4所示。

2.4 SWAN產(chǎn)品調(diào)用方式

根據(jù)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品共享要求和市縣兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，采用映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器或直接填寫(xiě)服務(wù)器遠(yuǎn)程路徑的方法實(shí)現(xiàn)市縣兩級(jí)SWAN產(chǎn)品共享和調(diào)用。在測(cè)試過(guò)程中，此方法能夠完成產(chǎn)品共享功能，在網(wǎng)絡(luò)正常情況下不會(huì)出現(xiàn)異常情況。

3 SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品介紹和省地兩級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)品差異

3.1 SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

按照產(chǎn)品的類型，分為實(shí)況產(chǎn)品、分析產(chǎn)品、預(yù)報(bào)產(chǎn)品和檢驗(yàn)產(chǎn)品。總體來(lái)說(shuō)SWAN包括下列產(chǎn)品：

（1）基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)品。包括：多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時(shí)降水估測(cè)、TREC風(fēng)場(chǎng)反演。

（2）基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的臨近產(chǎn)品。包括：一小時(shí)回波外推（6min間隔）、一小時(shí)降水預(yù)報(bào)、基于SCIT的風(fēng)暴識(shí)別和外推、基于TITAN的風(fēng)暴識(shí)別和外推。

（3）基于雷達(dá)產(chǎn)品、自動(dòng)站和常規(guī)觀測(cè)資料的實(shí)況分析和報(bào)警產(chǎn)品。包括溫度和高溫報(bào)警、雨量和強(qiáng)降水報(bào)警、風(fēng)和大風(fēng)報(bào)警、霧及沙塵和能見(jiàn)度報(bào)警、積雪積冰報(bào)警、龍卷和冰雹報(bào)警、雷達(dá)特征量報(bào)警、雷達(dá)強(qiáng)回波報(bào)警、雷電實(shí)況。

（4）基于云圖的分析產(chǎn)品：對(duì)流云識(shí)別產(chǎn)品。

（5）實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品：基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的下?lián)舯┝髯R(shí)別、基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的冰雹探測(cè)算法。

（6）實(shí)驗(yàn)工具：臺(tái)風(fēng)路徑模擬工具。

（7）檢驗(yàn)產(chǎn)品：反射率預(yù)報(bào)、SCIT風(fēng)暴追蹤、降水預(yù)報(bào)、降水估測(cè)等檢驗(yàn)產(chǎn)品。

按照SWAN系統(tǒng)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的種類，可分為雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品、自動(dòng)站常規(guī)觀測(cè)資料相關(guān)產(chǎn)品、Micaps相關(guān)產(chǎn)品和雷電相關(guān)產(chǎn)品。

（1）雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品，包括多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時(shí)降水估測(cè)、TREC風(fēng)場(chǎng)反演、一小時(shí)回波外推（6min間隔）、一小時(shí)降水預(yù)報(bào)、基于SCIT的風(fēng)暴識(shí)別和外推、基于TITAN的風(fēng)暴識(shí)別和外推、雷達(dá)特征量報(bào)警、雷達(dá)強(qiáng)回波報(bào)警、基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的下?lián)舯┝髯R(shí)別、基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)的冰雹探測(cè)算法等。

（2）自動(dòng)站常規(guī)觀測(cè)資料相關(guān)產(chǎn)——包括溫度和高溫報(bào)警、雨量和強(qiáng)降水報(bào)警、風(fēng)和大風(fēng)報(bào)警、霧及沙塵和能見(jiàn)度報(bào)警、積雪積冰報(bào)警等。

（3）Micaps相關(guān)產(chǎn)品，包括對(duì)流云識(shí)別產(chǎn)品等。

（4）雷電相關(guān)產(chǎn)品，包括雷電實(shí)況。

3.2 省、地兩級(jí)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品的差異

SWAN系統(tǒng)多數(shù)雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品是根據(jù)雷達(dá)基數(shù)據(jù)三維空間的分布情況計(jì)算出來(lái)的，采用PUP產(chǎn)品同樣的色標(biāo)和分辨率來(lái)顯示；在多部雷達(dá)重疊探測(cè)的區(qū)域（如圖5所示），組合反射率拼圖及衍生產(chǎn)品是根據(jù)雷達(dá)回波垂直方向最強(qiáng)回波投影而來(lái)[4]；而地市級(jí)SWAN系統(tǒng)只有單站雷達(dá)站產(chǎn)品（如圖6所示）。在自動(dòng)站觀測(cè)資料方面，昆明市擁有近700個(gè)區(qū)域自動(dòng)站，實(shí)時(shí)上傳到省局服務(wù)器的自動(dòng)站有400多個(gè)。由此造成省、地兩級(jí)SWAN系統(tǒng)在雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品、自動(dòng)站觀測(cè)資料相關(guān)產(chǎn)品上的差異。

（1）空間范圍不同。省級(jí)SWAN系統(tǒng)擁有7部雷達(dá)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和拼圖以及全省范圍的大量自動(dòng)站上傳到省局的數(shù)據(jù)，地市級(jí)（昆明）SWAN系統(tǒng)雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品僅為昆明雷達(dá)的探測(cè)資料和昆明市范圍的自動(dòng)站數(shù)據(jù)。

（2）部分區(qū)域產(chǎn)品準(zhǔn)確率不同。在雷達(dá)產(chǎn)品方面，省級(jí)SWAN產(chǎn)品在兩部雷達(dá)探測(cè)的重疊區(qū)域其準(zhǔn)確率在理論上應(yīng)優(yōu)于地市級(jí)SWAN系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品。

（3）產(chǎn)品及時(shí)率不同。省級(jí)SWAN產(chǎn)品需要各雷達(dá)站上傳數(shù)據(jù)到省局服務(wù)器，而地市級(jí)直接獲取雷達(dá)基數(shù)據(jù)；省級(jí)SWAN產(chǎn)品需要各地州上傳數(shù)據(jù)到省局服務(wù)器，相比地市級(jí)直接獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，理論上會(huì)花更長(zhǎng)時(shí)間。

（4）產(chǎn)品完整性和觀測(cè)數(shù)據(jù)空間密度不同。省級(jí)SWAN產(chǎn)品需要7部雷達(dá)基數(shù)據(jù)，實(shí)際使用中會(huì)偶有某個(gè)雷達(dá)缺數(shù)據(jù)的情況。同時(shí)，省級(jí)SWAN產(chǎn)品擁有的昆明市自動(dòng)站產(chǎn)品的站數(shù)較少。

4 SWAN系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品非常豐富，算法模塊比較多，部分產(chǎn)品是以前沒(méi)有或者很少能夠得到的，而且用處也比較大。比如，CotrecWind產(chǎn)品能反演出雷達(dá)強(qiáng)回波區(qū)風(fēng)場(chǎng)信息，TITAN產(chǎn)品能做出30min和60min的質(zhì)心輪廓追蹤預(yù)報(bào)[5]，STM產(chǎn)品能提供質(zhì)心追蹤，CAPPI三維拼圖能夠提供不同高度雷達(dá)回波情況，等等。盡管如此，SWAN系統(tǒng)還有進(jìn)一步完善和深化本地業(yè)務(wù)化使用的空間。

（1）省級(jí)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品在理論上擁有更高的準(zhǔn)確性，在多部雷達(dá)探測(cè)區(qū)域重疊的區(qū)域（如大理北部、麗江南部、楚雄中部），建議以使用省級(jí)SWAN系統(tǒng)產(chǎn)品為主。在沒(méi)有多部雷達(dá)產(chǎn)品重疊區(qū)域，因地市級(jí)SWAN系統(tǒng)在自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)量和產(chǎn)品數(shù)據(jù)及時(shí)率兩方面都有優(yōu)勢(shì)，建議以使用地市級(jí)SWAN系統(tǒng)為主。合理拾配使用省、地兩級(jí)SWAN系統(tǒng)，有助于提高強(qiáng)天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

（2）SWAN系統(tǒng)雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品（基本反射率、組合反射率拼圖等）采用PUP產(chǎn)品格式，雖然產(chǎn)品很全、種類多，但產(chǎn)品的最高分辨率只有1km；云南省7部雷達(dá)的業(yè)務(wù)探測(cè)半徑是150km，距離庫(kù)長(zhǎng)為300m，其產(chǎn)品分辨率還有提高的空間。

（3）SWAN系統(tǒng)雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品顯示色標(biāo)采用PUP產(chǎn)品色標(biāo)，昆明市更習(xí)慣使用2001年1月中國(guó)氣象局重點(diǎn)工程項(xiàng)目辦公室印發(fā)的《新一代天氣雷達(dá)基本數(shù)據(jù)格式和顯示要求》中規(guī)定的色標(biāo)。SWAN系統(tǒng)客戶端提供有色標(biāo)文件，但本地化此色標(biāo)文件很復(fù)雜，還可以通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)提供更簡(jiǎn)單的接口。

（4）SWAN系統(tǒng)客戶端（1.6版本）的地理信息不夠細(xì)化。在本地化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地理信息中的“線圖元”圖層（如行政區(qū)邊界）可以根據(jù)需求顯示，但是，“點(diǎn)圖元”圖層（如行政區(qū)駐地）卻無(wú)法按要求添加，造成縣（區(qū)）氣象局的預(yù)警發(fā)布中地理信息不夠明確。

參考文獻(xiàn)：

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