新一代多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：新一代多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料共享系統(tǒng)由實(shí)時(shí)資料接收系統(tǒng)、實(shí)時(shí)資料上傳系統(tǒng)、天氣雷達(dá)資料共享服務(wù)器以及雷達(dá)資料實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)，加強(qiáng)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)、流程、軟件功能模塊開發(fā)可更好地發(fā)揮天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)作用。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；共享系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；開發(fā)

引言

新一代多普勒天氣雷達(dá)是世界上最先進(jìn)的天氣雷達(dá)之一，有效探測(cè)半徑150km，可實(shí)現(xiàn)對(duì)暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)大范圍降水的定量測(cè)量，對(duì)風(fēng)場(chǎng)信息的連續(xù)探測(cè)，及災(zāi)害性天氣的自動(dòng)識(shí)別和追蹤。處于中緯度季風(fēng)環(huán)流區(qū)域中部的湖北省隨州市地形地貌比較復(fù)雜，在長(zhǎng)江和淮河流域交匯處，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，由于特殊的地理位置和獨(dú)特的地形特征，隨州市暴雨、冰雹、雷雨大風(fēng)、干旱等災(zāi)害性天氣頻繁且交替發(fā)生，局地防洪和大范圍人工增雨、消雹任務(wù)繁重，而且途經(jīng)隨州的所有與冷空氣活動(dòng)有關(guān)的災(zāi)害性天氣也給江漢平原、武漢市和鄂東等廣大工業(yè)、農(nóng)業(yè)重要地區(qū)造成嚴(yán)重影響，因此，做好防災(zāi)減災(zāi)工作至關(guān)重要。按照中國氣象局規(guī)劃，隨州被列為新一代天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)其中一個(gè)布點(diǎn)，并于2009年7月15日建成后正式啟動(dòng)運(yùn)行新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)。文章就新一代多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析探討，以更好地發(fā)揮天氣雷達(dá)在氣象中的作用。

1 新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

氣象雷達(dá)主要用于警戒和預(yù)報(bào)中、小尺度天氣系統(tǒng)，是主動(dòng)式微波大氣遙感設(shè)備。主要由定向天線、天線控制器、發(fā)射接收機(jī)、照相裝置和顯示器、計(jì)算機(jī)和圖像傳輸?shù)炔糠?，組成常規(guī)的雷達(dá)裝置。氣象雷達(dá)通常使用1～1000cm的無線電波。雷達(dá)的主要功能由這些劃分不同的波段來來示。K波段波長(zhǎng)0.75～2.4cm，X波段波長(zhǎng)2.4～3.75cm，C波段波長(zhǎng)3.75～7.5cm，S波段7.5～15cm，L波段15～30cm。雷達(dá)的超高頻和甚高頻波段波長(zhǎng)分別為10～100cm和100～1000cm。探測(cè)大氣目標(biāo)的性能和這些雷達(dá)的工作波長(zhǎng)密切相關(guān)，每個(gè)波段適用于一定的天氣狀態(tài)。比如，K波段探測(cè)到不產(chǎn)生降水的云，X、C和S波段探測(cè)降水，S波段可以探測(cè)到暴雨和冰雹，流層-平流層-中層的情空流場(chǎng)通過高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達(dá)探測(cè)。氣象雷達(dá)的定向天線通過向天空發(fā)射脈沖無線電波，這個(gè)過程中，發(fā)射波被大氣中的凝結(jié)物如云、霧和降水等因子散射和吸收。非球形粒子使圓極化波散射退極化作用，閃電放電形成的電離介質(zhì)和入射波由于無線電波的空天氣折射率不均勻而散射，穩(wěn)定層結(jié)大氣對(duì)入射波部分反射，以及散射體內(nèi)散射時(shí)對(duì)入射波產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)等等。

與常規(guī)雷電相比，新一代多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)災(zāi)害性天氣的能力有了顯著性的提高，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)資料共享，充分發(fā)揮了多普勒天氣雷達(dá)的強(qiáng)大功能。其中實(shí)時(shí)天氣雷達(dá)資料共享系統(tǒng)的功能有以下幾點(diǎn)：

（1）海量用戶的訪問離不開強(qiáng)大的系統(tǒng)資料文件服務(wù)器的建立；

（2）天氣雷達(dá)觀測(cè)資料及時(shí)有效的上傳乃至實(shí)現(xiàn)資料的共享，是由于資料實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)的作用；

（3）全省臺(tái)站雷達(dá)資料的實(shí)時(shí)接收，依賴于共享資料接收程序；

（4）天氣雷達(dá)所產(chǎn)生的豐富的資料，由應(yīng)用原始產(chǎn)品數(shù)據(jù)圖形反演系統(tǒng)使其發(fā)揮充分的作用和利用價(jià)值；

（5）天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)通過資料服務(wù)器歸檔存儲(chǔ)，以保證歷史資料的完整以及此后的研究應(yīng)用。

2 天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 天氣雷達(dá)資料共享服務(wù)器

根據(jù)天氣雷達(dá)觀測(cè)天氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，新一代天氣雷達(dá)資料數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性強(qiáng)，資料數(shù)據(jù)量大，必須采用功能強(qiáng)大的企業(yè)級(jí)服務(wù)器作為共享服務(wù)器，并且在服務(wù)器上建立FTP服務(wù)站，保存近6h的雷達(dá)資料作為共享，這樣才能確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、高效。同時(shí)，共享服務(wù)器中還要建立各個(gè)雷達(dá)站的數(shù)據(jù)上傳用戶，提供讀寫權(quán)限給指定的上傳目錄。FTP服務(wù)器通過SDH的專線，收集各監(jiān)測(cè)雷達(dá)站的資料，利用各上傳用戶建立的可讀取目錄資料，以實(shí)現(xiàn)各市縣臺(tái)站的共熟調(diào)取雷達(dá)資料。并且，在共享的服務(wù)器上，雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)歸檔整理程序的運(yùn)行，可依次對(duì)雷達(dá)站上傳資料作歸檔處理，程序每隔6分鐘執(zhí)行一次，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前雷達(dá)產(chǎn)生的6h內(nèi)的資料，以及相應(yīng)的過期資料作歸檔的處理，這些都能用作以后的應(yīng)用研究來使用。

2.2 實(shí)時(shí)資料上傳系統(tǒng)

雷達(dá)觀測(cè)站探測(cè)產(chǎn)生的資料，由天氣雷達(dá)上傳系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸至共享服務(wù)器。實(shí)時(shí)資料上傳系統(tǒng)利用ODBC數(shù)據(jù)和Delphi語言相結(jié)合的程序，及時(shí)有效地上傳通過FTP控件完成的數(shù)據(jù)。通常雷達(dá)所產(chǎn)生的資料都是比較規(guī)范的，因此，雷達(dá)資料處理控制表可根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)（表1），經(jīng)控制表完成實(shí)時(shí)資料上傳系統(tǒng)每6分鐘的資料上傳。設(shè)計(jì)時(shí)，一是要將控制表初始化，即檢查系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告記錄，對(duì)不存在的記錄、文件新生成的空的記錄文件；讀控制表中各種資料初始時(shí)間的資料，對(duì)比比當(dāng)前時(shí)間提前1個(gè)小時(shí)的資料，在資料控制表中寫入不超過最新資料1小時(shí)前的資料，時(shí)間以1小時(shí)前時(shí)間作為最新資料時(shí)間；修改包含有本地資料路徑、用戶名、口令、服務(wù)器路徑、FTP服務(wù)器地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的控制文件中各種資料路徑參數(shù)。二是設(shè)置好各種資料上傳路徑?？偭鞒淘O(shè)計(jì)采用以40種資料列表為主線的系統(tǒng)處理，資料上傳需開發(fā)出具有功能的函數(shù)。

2.3 資料實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)

由各級(jí)臺(tái)站安裝的實(shí)時(shí)資料接收系統(tǒng)，來解決各個(gè)臺(tái)站在資料共享服務(wù)器中按照設(shè)置要求而自動(dòng)搜索到的雷達(dá)產(chǎn)品資料，最新的實(shí)時(shí)資料需要下載到本地服務(wù)器相對(duì)應(yīng)的目錄下面。每個(gè)臺(tái)站可根據(jù)本站的習(xí)慣以及要求來制定資料控制表文件，以達(dá)到減輕共享服務(wù)器出現(xiàn)峰值壓力。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化思想，將系統(tǒng)分成三部分，一是用戶接口，包括資料接收種類、資料強(qiáng)制接收、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等監(jiān)控的設(shè)置以及人機(jī)操作界面；二是資料接收，這是實(shí)時(shí)資料接收系統(tǒng)功能核心；三是通信控制，包括共享服務(wù)器的IP地址，遠(yuǎn)程資料的存儲(chǔ)路徑，用戶名、口令及通信測(cè)試等信息。

2.4 實(shí)時(shí)雷達(dá)資料顯示系統(tǒng)

用于獲取、存儲(chǔ)和顯示實(shí)時(shí)雷達(dá)資料，并將雷達(dá)資料以預(yù)報(bào)員所需的形式顯示在圖形監(jiān)視器上，方便預(yù)報(bào)員對(duì)大氣變化信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析。雷達(dá)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)操作界面包括視窗、菜單、工具欄和狀態(tài)欄四個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品需求并作相應(yīng)處理顯示，同時(shí)還可檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)默認(rèn)的保存目錄是否存在最新產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：陳澄（1989，4-），男，漢族，湖北省京山縣人，本科，助理工程師，從事新一代天氣雷達(dá)保障和區(qū)域站保障工作。