新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘 要：新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統(tǒng)由實時資料接收系統(tǒng)、實時資料上傳系統(tǒng)、天氣雷達資料共享服務器以及雷達資料實時顯示系統(tǒng)，加強系統(tǒng)分析和設計、流程、軟件功能模塊開發(fā)可更好地發(fā)揮天氣雷達業(yè)務作用。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達；共享系統(tǒng)；設計；開發(fā)

引言

新一代多普勒天氣雷達是世界上最先進的天氣雷達之一，有效探測半徑150km，可實現(xiàn)對暴雨、冰雹、龍卷風等強對流天氣的實時監(jiān)測，對大范圍降水的定量測量，對風場信息的連續(xù)探測，及災害性天氣的自動識別和追蹤。處于中緯度季風環(huán)流區(qū)域中部的湖北省隨州市地形地貌比較復雜，在長江和淮河流域交匯處，屬北亞熱帶季風氣候，由于特殊的地理位置和獨特的地形特征，隨州市暴雨、冰雹、雷雨大風、干旱等災害性天氣頻繁且交替發(fā)生，局地防洪和大范圍人工增雨、消雹任務繁重，而且途經(jīng)隨州的所有與冷空氣活動有關(guān)的災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)造成嚴重影響，因此，做好防災減災工作至關(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監(jiān)測網(wǎng)其中一個布點，并于2009年7月15日建成后正式啟動運行新一代天氣雷達系統(tǒng)。文章就新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)進行分析探討，以更好地發(fā)揮天氣雷達在氣象中的作用。

1 新一代天氣雷達系統(tǒng)特點及功能

氣象雷達主要用于警戒和預報中、小尺度天氣系統(tǒng)，是主動式微波大氣遙感設備。主要由定向天線、天線控制器、發(fā)射接收機、照相裝置和顯示器、計算機和圖像傳輸?shù)炔糠?，組成常規(guī)的雷達裝置。氣象雷達通常使用1～1000cm的無線電波。雷達的主要功能由這些劃分不同的波段來來示。K波段波長0.75～2.4cm，X波段波長2.4～3.75cm，C波段波長3.75～7.5cm，S波段7.5～15cm，L波段15～30cm。雷達的超高頻和甚高頻波段波長分別為10～100cm和100～1000cm。探測大氣目標的性能和這些雷達的工作波長密切相關(guān)，每個波段適用于一定的天氣狀態(tài)。比如，K波段探測到不產(chǎn)生降水的云，X、C和S波段探測降水，S波段可以探測到暴雨和冰雹，流層-平流層-中層的情空流場通過高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達探測。氣象雷達的定向天線通過向天空發(fā)射脈沖無線電波，這個過程中，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)大氣對入射波部分反射，以及散射體內(nèi)散射時對入射波產(chǎn)生的多普勒效應等等。

與常規(guī)雷電相比，新一代多普勒天氣雷達監(jiān)測災害性天氣的能力有了顯著性的提高，并實現(xiàn)了實時資料共享，充分發(fā)揮了多普勒天氣雷達的強大功能。其中實時天氣雷達資料共享系統(tǒng)的功能有以下幾點：

（1）海量用戶的訪問離不開強大的系統(tǒng)資料文件服務器的建立；

（2）天氣雷達觀測資料及時有效的上傳乃至實現(xiàn)資料的共享，是由于資料實時上傳系統(tǒng)的作用；

（3）全省臺站雷達資料的實時接收，依賴于共享資料接收程序；

（4）天氣雷達所產(chǎn)生的豐富的資料，由應用原始產(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值；

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

2 天氣雷達實時資料共享系統(tǒng)設計

2.1 天氣雷達資料共享服務器

根據(jù)天氣雷達觀測天氣系統(tǒng)的特點，新一代天氣雷達資料數(shù)據(jù)傳輸實時性強，資料數(shù)據(jù)量大，必須采用功能強大的企業(yè)級服務器作為共享服務器，并且在服務器上建立FTP服務站，保存近6h的雷達資料作為共享，這樣才能確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、高效。同時，共享服務器中還要建立各個雷達站的數(shù)據(jù)上傳用戶，提供讀寫權(quán)限給指定的上傳目錄。FTP服務器通過SDH的專線，收集各監(jiān)測雷達站的資料，利用各上傳用戶建立的可讀取目錄資料，以實現(xiàn)各市縣臺站的共熟調(diào)取雷達資料。并且，在共享的服務器上，雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)歸檔整理程序的運行，可依次對雷達站上傳資料作歸檔處理，程序每隔6分鐘執(zhí)行一次，實現(xiàn)對當前雷達產(chǎn)生的6h內(nèi)的資料，以及相應的過期資料作歸檔的處理，這些都能用作以后的應用研究來使用。

2.2 實時資料上傳系統(tǒng)

雷達觀測站探測產(chǎn)生的資料，由天氣雷達上傳系統(tǒng)實時傳輸至共享服務器。實時資料上傳系統(tǒng)利用ODBC數(shù)據(jù)和Delphi語言相結(jié)合的程序，及時有效地上傳通過FTP控件完成的數(shù)據(jù)。通常雷達所產(chǎn)生的資料都是比較規(guī)范的，因此，雷達資料處理控制表可根據(jù)這個特點設計（表1），經(jīng)控制表完成實時資料上傳系統(tǒng)每6分鐘的資料上傳。設計時，一是要將控制表初始化，即檢查系統(tǒng)錯誤報告記錄，對不存在的記錄、文件新生成的空的記錄文件；讀控制表中各種資料初始時間的資料，對比比當前時間提前1個小時的資料，在資料控制表中寫入不超過最新資料1小時前的資料，時間以1小時前時間作為最新資料時間；修改包含有本地資料路徑、用戶名、口令、服務器路徑、FTP服務器地址等網(wǎng)絡參數(shù)的控制文件中各種資料路徑參數(shù)。二是設置好各種資料上傳路徑。總流程設計采用以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 資料實時接收系統(tǒng)

由各級臺站安裝的實時資料接收系統(tǒng)，來解決各個臺站在資料共享服務器中按照設置要求而自動搜索到的雷達產(chǎn)品資料，最新的實時資料需要下載到本地服務器相對應的目錄下面。每個臺站可根據(jù)本站的習慣以及要求來制定資料控制表文件，以達到減輕共享服務器出現(xiàn)峰值壓力。系統(tǒng)在設計時采用模塊化思想，將系統(tǒng)分成三部分，一是用戶接口，包括資料接收種類、資料強制接收、系統(tǒng)運行狀態(tài)等監(jiān)控的設置以及人機操作界面；二是資料接收，這是實時資料接收系統(tǒng)功能核心；三是通信控制，包括共享服務器的IP地址，遠程資料的存儲路徑，用戶名、口令及通信測試等信息。

2.4 實時雷達資料顯示系統(tǒng)

用于獲取、存儲和顯示實時雷達資料，并將雷達資料以預報員所需的形式顯示在圖形監(jiān)視器上，方便預報員對大氣變化信息進行監(jiān)測、分析。雷達實時顯示系統(tǒng)操作界面包括視窗、菜單、工具欄和狀態(tài)欄四個區(qū)域，實現(xiàn)產(chǎn)品需求并作相應處理顯示，同時還可檢測產(chǎn)品數(shù)據(jù)默認的保存目錄是否存在最新產(chǎn)品。

參考文獻

[1]劉淑媛，孫健，等.多普勒雷達數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)[J].氣象，2004（7）.

[2]袁正國，劉曉鋼，俞炳.新一代多普勒雷達實時資料共享系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化，2006（11）.

作者簡介：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保障和區(qū)域站保障工作。